Пассивная система тестирования тыльного сгибания голеностопного сустава для модели in vivo тендинопатии, вызванной чрезмерным использованием
1 марта 2024 г.
Этот протокол представляет собой систему тестирования, используемую для индуцирования количественно измеримых и контролируемых усталостных повреждений в ахилловом сухожилии крысы для модели тендинопатии, индуцированной чрезмерным использованием, in vivo . Процедура заключается в креплении лодыжки крысы к суставному актуатору, который выполняет пассивное тыльное сгибание голеностопного сустава с помощью специально написанного сценария MATLAB.
Наша работа посвящена механическим биологическим факторам, участвующим в инициации и прогрессировании тендинопатии, вызванной чрезмерным использованием. Вопросы, на которые мы пытаемся ответить, включают в себя то, какие факторы упражнений, такие как частота, величина и продолжительность нагрузки, влияют на реакцию сухожилия на травму. Современные инструменты, такие как механические измерения, гистология и биологические анализы для оценки исходов, сосредоточены и ограничены забором тканей на конечной стадии.
С помощью этой модели мы можем исследовать непрерывные измерения in vivo с помощью таких инструментов, как ультразвук и МРТ В полевых условиях модели in vivo нагружают сухожилия и физиологически значимые способы, в то время как модели ex vivo позволяют измерять биологические реакции на травмы. Наш протокол сочетает в себе эти два показателя для прямого измерения напряжений и деформаций сухожилий во время травм и связанных с ними биологических изменений. Мы создали адаптивную систему индуцирования повреждений сухожилий, которая позволяет одновременно исследовать механические и биологические факторы.
После создания этой модели будущие направления включают в себя оценку различных параметров, терапевтических путей и реабилитационных мероприятий.
Обзор
В данном протоколе представлена система тестирования, используемая для индукции количественно определяемых и контролируемых усталостных повреждений ахиллова сухожилия крысы для создания модели тендинопатии, вызванной чрезмерной нагрузкой, in vivo. Модель позволяет проводить непрерывные измерения напряжений и деформаций сухожилия в процессе получения повреждений, а также связанных с ними биологических изменений.
Основные компоненты исследования
Область науки
- Нейробиология
- Биология
- Исследование тендинопатии
Теоретические основы
- Тендинопатия, вызванная чрезмерной нагрузкой, является распространенной травмой у различных групп населения.
- Современные инструменты оценки ограничены забором тканей на конечном этапе исследования.
- Модели in vivo обеспечивают физиологически релевантную нагрузку на сухожилия.
- Модели ex vivo позволяют измерять биологические ответы на травмы.
Цель исследования
- Изучить механобиологические факторы, влияющие на ответ при повреждении сухожилия.
- Оценить влияние частоты, интенсивности и продолжительности физических нагрузок на сухожилия.
- Сочетать измерения in vivo и ex vivo для проведения комплексного анализа.
Используемые методы
- Фиксация голеностопного сустава крысы к приводу сустава для пассивного тыльного сгибания.
- Использование специализированного скрипта MATLAB для проведения контролируемого тестирования.
- Применение ультразвукового исследования и МРТ для непрерывного измерения.
- Сочетание механических измерений, гистологии и биологических анализов.
Основные результаты
- Прямое измерение напряжений и деформаций сухожилий при травмах.
- Понимание биологических изменений, связанных с травмами от перенапряжения.
- Углубленное понимание факторов, влияющих на реакцию сухожилия на травму.
- Потенциал для более эффективной оценки методов лечения тендинопатии.
Выводы
- Разработанная модель позволяет проводить оценку повреждений сухожилий в режиме реального времени.
- Сочетание подходов in vivo и ex vivo обеспечивает комплексное представление.
- Полученные результаты могут быть использованы в будущих исследованиях и клинической практике при лечении тендинопатии.
Часто задаваемые вопросы
Значимость для промышленности
Количественное моделирование тендинопатии, вызванной чрезмерной нагрузкой, in vivo позволяет снизить механистические риски и повысить прогностическую уверенность при ранней валидации мишеней в опорно-двигательном аппарате. Данная система обеспечивает прямое, физиологически релевантное измерение реакции сухожилия на контролируемую циклическую нагрузку, поддерживая трансляционную преемственность от этапа поиска до доклинических исследований. Этот подход позволяет принимать обоснованные с учетом рисков решения о продвижении терапевтических стратегий, направленных на лечение и восстановление поврежденных сухожилий.
Стратегические приложения в биофармацевтических исследованиях и разработках
Ранние этапы поиска и валидация мишени
- Позволяет исследовать механизмы повреждения сухожилий в определенных условиях механического стресса.
- Обеспечивает функциональную валидацию мишеней путем количественной оценки биологических и механических реакций на чрезмерную нагрузку.
- Повышает прогностическую достоверность при выборе кандидатов для терапевтического воздействия с целью восстановления сухожилий.
Скрининг и разработка анализа
- Обеспечивает валидированную платформу in vivo для стандартизированного механического нагружения и измерения.
- Позволяет получать воспроизводимые количественные показатели, такие как гистерезис, пиковое напряжение и изменения модуля упругости.
- Обеспечивает готовность к последующей оценке соединений, направленной на терапию патологий сухожилий.
Трансляционные и доклинические исследования
- Соответствует релевантным моделям тендинопатии для разработки трансляционных биомаркеров.
- Обеспечивает преемственность от изучения механизмов до оценки доклинической эффективности.
- Позволяет обоснованно оценивать риски при продвижении терапевтических кандидатов для лечения травм сухожилий, вызванных чрезмерной нагрузкой.
Интеграция конвейера и рабочего процесса
Эта система тестирования пассивного тыльного сгибания интегрируется в континуум исследований опорно-двигательного аппарата — от фундаментального поиска до доклинических испытаний, связывая механистические исследования с трансляционной валидацией.
- Фундаментальная биология: количественно определяет реакцию сухожилия на заданную механическую нагрузку, проясняя пути развития повреждений.
- Скрининг: обеспечивает стандартизированные, воспроизводимые механические и биологические показатели для разработки методов анализа.
- Аналитика: обеспечивает прямое измерение зависимости между напряжением и деформацией, а также гистологических изменений для сравнительного анализа.
- Трансляционные исследования: моделирует клинически значимые повреждения вследствие перегрузки, способствуя подбору биомаркеров и терапевтических средств.
- Корпоративное использование: предлагает многократно используемую платформу in vivo, адаптируемую к различным потребностям исследований повреждений сухожилий.
Операционное и корпоративное воздействие
- Научная ценность: Повышает достоверность прогнозов и снижает механистическую неопределенность в исследованиях повреждений сухожилий.
- Операционная ценность: Стандартизирует протоколы нагрузки in vivo и результаты измерений для обеспечения воспроизводимости.
- Стратегическая ценность: Оптимизирует процесс принятия решений о продолжении или прекращении разработки (go/no-go) и повышает эффективность использования капитала в портфелях средств для лечения опорно-двигательного аппарата.
- Влияние на портфель: Способствует приоритизации терапевтических программ, направленных на лечение сухожилий, с учетом оценки рисков.
Особенности реализации
- Требуется опыт в области моделирования опорно-двигательного аппарата in vivo и механических испытаний.
- Необходимо оборудование, включая приводы суставов, датчики крутящего момента и аналитическое программное обеспечение.
- Требуется межкомандная стандартизация протоколов нагружения и конечных точек измерения.
- Метод адаптируем к различным моделям сухожилий при необходимости модификации протокола.
- Ограничения включают видоспецифические реакции и техническую сложность измерений in vivo.
