Неинвазивный метод генерации модели внутрисуставного поражения внутрисуставного хряща крысы, вызванной циклической нагрузкой
5 июля 2021 г.
Здесь мы представляем циклическую модель внутрисуставного хрящевого поражения колена крысы, вызванную циклической нагрузкой, вызванной 60 циклическими компрессиями более 20 Н, что приводит к повреждению бедренного кондилерного хряща у крыс.
Этот протокол показывает, что можно вызвать повреждение хряща у животных, более крупных животных без какого-либо хирургического вмешательства или структурированного разрушения колена животного. Самым большим преимуществом является то, что они оказываются повторяющимися у операторов даже без опыта, чего трудно достичь любым хирургическим методом. Начните с установки анестезированной крысы на фиксирующее устройство.
Поместите обезболенную крысу, лежащую на животе, на опорную пластину правым коленом, прикрепленным к небольшому кусочку смолы с вогнутой бороздкой. Поместите правую заднюю конечность в положение разгибания бедра, сгибания колена и разгибания лодыжки с коленом, согнутым примерно на 140 градусов. Разместите пятку крысы на клиновидной канавке на подвижном приспособлении.
Переместите фиксирующее устройство к прибору для испытания на напряжение и растяжение и убедитесь, что нет контакта с тензодатчиком. Откройте программное обеспечение для управления прибором для испытания на напряжение и растяжение и нажмите кнопку калибровки. После калибровки аккуратно прикрепите верхнюю часть рамы к тензодатчику.
Медленно включайте поворотную ручку на подвижной главной операционной панели, пока преднатяг не достигнет пяти ньютонов, чтобы коленный сустав был плотно прикреплен к раме. В главном меню нажмите на создать новый метод и системную метку. Установите для тестового режима циклический режим и для типа теста значение сжатия.
Нажмите на метку датчика и выберите вкладку теста, чтобы проверить, что предел находится в пределах 60 ньютонов. Затем выберите вкладку обводки и убедитесь, что предел находится в пределах 500 миллиметров. Под контрольной меткой тестирования выберите происхождение роста, чтобы начать основную программу с 0,3% или полной шкалой.
Установите скорость хода в управлении в первой и третьей секциях на один миллиметр в секунду, затем установите максимальную испытательную силу во второй секции в 20 Ньютонов, а минимальную испытательную силу в четвертой секции в пять Ньютонов. Установите продолжительность целого равным 0,5 секунды для пиковой нагрузки и 10 секунд для минимальной нагрузки. Во вкладке предварительной загрузки внизу страницы убедитесь, что на ней установлена проверка, скорость удаления отклонения установлена на 100 миллиметров в минуту, а максимальная сила составляет пять Ньютонов.
Установите материал как металл на этикетке образца. В главном меню в разделе выбор метода и теста выберите метод, который был только что построен, и нажмите кнопку Пуск, чтобы начать тест. Установите число циклов равным 60.
Верните крысу в клетку после загрузки и поддерживайте 12-12-часовой график световой темноты в клетке с достаточным пространством и пищей ad libitum до тех пор, пока не наступит время для анализа. Изучены кратковременные изменения жизнеспособности хондроцитов в образцах, подвергшихся 20 ньютонам циклической нагрузки. Количество мертвых хондроцитов увеличивалось через 12 часов после травмы.
И наоборот, количество живых хондроцитов продолжало уменьшаться. Суставной хрящ коленей крысы, подвергшийся 20 ньютонам динамической нагрузки, был поврежден и во всех образцах была подтверждена одна очаговая зона поражения в латеральном мыщелке бедренной кости. Размер поражения не увеличивался постепенно в течение восьминедельного периода наблюдения.
Граница, соответствующая границе раздела поражения и непораженного хряща, может наблюдаться в пораженной области. Самое главное – это правильная настройка силы тестирования и количество циклов. С помощью этой техники можно контролировать механическую нагрузку на суставное покрытие крови, прокладывая путь к изучению того, как механическая нагрузка влияет на развитие или профилактику остеоартрита.
Просмотрите полный транскрипт и получите доступ к тысячам научных видео
Обзор
В данном исследовании представлена модель внутрисуставного повреждения хряща коленного сустава крысы, индуцированного циклической нагрузкой, которая достигается путем 60 циклов сжатия с силой 20 N, что приводит к повреждению хряща мыщелков бедренной кости. Этот метод позволяет вызвать повреждение хряща без хирургического вмешательства, что делает его доступным для операторов с разным уровнем опыта.
Основные компоненты исследования
Область науки
- Нейробиология
- Биология
- Исследования хрящевой ткани
Теоретическая часть
- Повреждение хряща является серьезной проблемой для здоровья суставов.
- Традиционные методы часто требуют хирургического вмешательства.
- Данная модель направлена на упрощение процесса индукции повреждений хряща.
- Повторное применение этого метода доступно даже неопытным операторам.
Цель исследования
- Разработать надежную модель для изучения повреждения хряща.
- Оценить влияние циклической нагрузки на целостность хряща.
- Предложить метод, который легко воспроизвести в различных исследовательских условиях.
Используемые методы
- Фиксация анестезированных крыс на фиксирующем устройстве.
- Позиционирование правого коленного сустава в определенном положении для приложения нагрузки.
- Применение циклического сжатия для индукции повреждения хряща.
- Мониторинг воздействия нагрузки на хрящ мыщелков бедренной кости.
Основные результаты
- Успешное индуцирование повреждений хряща на модели крысы.
- Продемонстрированная воспроизводимость метода в различных сериях опытов.
- Подтвержденная простота использования для операторов без предварительного опыта.
- Полученные данные о влиянии механической нагрузки на состояние хрящевой ткани.
Выводы
- Модель циклической нагрузки эффективна для изучения повреждений хряща.
- Этот метод может способствовать исследованию здоровья суставов без применения инвазивных процедур.
- Будущие исследования могут основываться на данной модели для изучения терапевтических вмешательств.
Часто задаваемые вопросы
Практическое значение для отрасли
Модели неинвазивного циклического нагружения для создания внутрисуставных поражений хряща позволяют точно и воспроизводимо индуцировать очаговые повреждения хряща в доклинических системах. Такой подход способствует механистическому снижению рисков и валидации мишеней при исследовании остеоартрита за счет минимизации побочного воспаления, вызванного хирургической травмой. Воспроизводимость данной модели и ее независимость от оператора повышают прогностическую достоверность на этапах раннего поиска и доклинических переломных точек.
Стратегическое применение в биофармацевтических исследованиях и разработках
Ранние этапы поиска и валидация мишени
- Обеспечивает контролируемое исследование механизмов повреждения хряща, имеющих значение для развития остеоартрита.
- Поддерживает функциональную валидацию мишеней путем отделения эффектов механического повреждения от хирургических сопутствующих факторов.
- Способствует механистическому снижению рисков для потенциальных мишеней, участвующих в адаптации и восстановлении хряща.
Скрининг и разработка анализа
- Обеспечивает стандартизированную, воспроизводимую модель повреждения для оценки молекулярных или клеточных вмешательств.
- Позволяет проводить количественную оценку жизнеспособности хондроцитов и формирования очагов поражения после нагрузки.
- Служит базой для разработки методов анализа гистологических и молекулярных показателей повреждения и восстановления хряща.
Трансляционные и доклинические исследования
- Соответствует путям механического повреждения, связанным с заболеваниями, которые играют роль в развитии посттравматического остеоартрита.
- Позволяет проводить лонгитюдные исследования пространственно-временных изменений состояния хряща и хондроцитов.
- Обеспечивает продвижение терапевтических кандидатов, направленных на сохранение или восстановление хряща, с учетом скорректированных рисков.
Интеграция конвейеров и рабочих процессов
Эта модель ненагрузочного воздействия вписывается в континуум исследований от раннего этапа поиска до доклинических испытаний в области остеоартрита и биологии хряща.
- Фундаментальная биология: облегчает проверку гипотез о механизмах механического повреждения и дегенерации хряща.
- Скрининг: обеспечивает воспроизводимые количественные конечные точки для исследований терапевтических воздействий.
- Аналитика: позволяет измерять жизнеспособность хондроцитов, размер поражения и гистологические маркеры.
- Трансляционные исследования: связывает результаты фундаментальных открытий с доклинической валидацией в системах, релевантных для данной патологии.
- Корпоративное повторное использование: представляет собой масштабируемую, не зависящую от оператора платформу для проведения повторных исследований в рамках различных программ.
Операционное и корпоративное влияние
- Научная ценность: повышает достоверность прогнозов и снижает механистическую неопределенность в моделях остеоартрита.
- Операционная ценность: стандартизирует индукцию повреждения и повышает воспроизводимость результатов между разными операторами и исследованиями.
- Стратегическая ценность: обеспечивает принятие обоснованных решений о продолжении или прекращении разработки (go/no-go) и снижает биологические риски на поздних этапах.
- Влияние на портфель: позволяет осуществлять приоритизацию терапевтических программ, направленных на хрящевую ткань, с учетом рисков.
Рекомендации по внедрению
- Требуется опыт работы с животными и использование приборов для механического нагружения.
- Необходим доступ к калиброванному оборудованию для испытаний на сжатие и растяжение.
- Требуется межкомандная стандартизация параметров нагружения и аналитических конечных точек.
- Метод применим к различным моделям грызунов, но может потребовать оптимизации параметров.
- Для каждой серии экспериментов необходимо подтверждение стабильности и локализации размера поражения.
