Summary
نحن تصف بروتوكول لزعزعة الاستقرار في الغضروف المفصلي الإنسي (DMM) نموذج في الفئران، أداة فعالة لالتهاب المفاصل (OA) البحوث. بالإضافة إلى ذلك، لقد أثبتنا أن نقص progranulincan المبالغة تطوير الزراعة العضوية والتقدم باستخدام هذا النموذج، مشيرا إلى أن progranulin يلعب دورا وقائيا في التسبب في الزراعة العضوية.
Abstract
زعزعة الاستقرار في الغضروف المفصلي الإنسي (DMM) النموذج هو أداة هامة لدراسة الأدوار المرضية في جسم المريض من التهاب المفاصل العديد من الجزيئات المرتبطة في التسبب في هشاشة العظام (OA) في الجسم الحي. ومع ذلك، فإن تفصيلية، وخاصة البروتوكول تصور لإنشاء هذا النموذج تعقيدا في الفئران، غير متوفر. نحن هنا استغل wildtype وprogranulin (PGRN) - / - الفئران كأمثلة لإدخال بروتوكول لإحداث DMM نموذج في الفئران، ومقارنة ظهور الزراعة العضوية التالية إنشاء هذا النموذج يسببها جراحيا. كانت العمليات التي تجرى على الفئران إما عملية صورية، والتي فتحت للتو كبسولة مشتركة، أو عملية DMM، والذي قطع في الرباط-menisco الظنبوب وتسببت في زعزعة الاستقرار في الغضروف المفصلي وسطي. تم تقييم شدة هشاشة العظام باستخدام الفحص النسيجي (على سبيل المثال Safranin O تلطيخ)، التعبير عن الجينات المرتبطة OA، تدهور الغضروف جزيئات المصفوفة خارج الخلية، وعظمية شكلأوجه. عملية DMM يسببها بنجاح بدء الزراعة العضوية والتقدم في كل من wildtype وPGRN / - الفئران، وفقدان عامل النمو PGNR أدى إلى النمط الظاهري OA أكثر شدة في هذا النموذج يسببها جراحيا.
Introduction
هشاشة العظام (OA)، المعروف أيضا باسم التهاب المفاصل التنكسية، ويؤثر على 15٪ من سكان العالم وأكثر من 46 مليون شخص في الولايات المتحدة، وتتميز الزليل، تنكس الغضروف، وتشكيل عظمية 1. يمكن أن يكون نتيجة لتفاعل معقد بين العوامل الوراثية والتمثيل الغذائي، والنشاط الحيوي البيوكيميائية. الآليات الكامنة وراء OA مواصلة التهرب من المجتمع العلمي. وهناك حاليا العديد من النماذج الحيوانية التي يمكن أن تحاكي التسبب في الزراعة العضوية 2،3. من المهم إنشاء نماذج حيوانية في الفئران بسبب كل من توافر مختلف الفئران المعدلة وراثيا وفعالية من حيث التكلفة من التجريب. من بين أنواع مختلفة من النماذج التجريبية الزراعة العضوية، وزعزعة الاستقرار التي يسببها جراحيا من الغضروف الأنسي (DMM) النموذج هو نموذج OA مقبولة تماما بسبب استنساخ جيدة وتطور أبطأ نسبيا خلال تطوير الزراعة العضوية. كل من هذه الصفات لديككان المفتاح لتقييم تطور الزراعة العضوية في العلاج أو الجينات المحورة 3-8 مختلفة. ومع ذلك، يتأثر اتساق نموذج OA الجراحية بسبب عوامل مختلفة أثناء الجراحة، ونتيجة لذلك، فإن تطبيق نموذج الفأر الجراحية محدودة.
Progranulin (PGRN) هو عامل نمو متعددة الوظائف التي أعرب عنها في خلايا مختلفة. فمن المعروف أن PGRN يلعب دورا حاسما في مختلف العمليات الفسيولوجية والأمراض مثل التئام الجروح 9، 10 تكون الأورام، والالتهابات 11-15. أظهرت الدراسات أيضا أن عدم كفاية PGRN يمكن أن يسبب الأمراض التنكسية من الجهاز العصبي في كل من البشر والفئران 16-18. فمن المعروف أن يعبر عن PGRN في الغضروف المفصلي الإنسان، وارتقى مستواه بشكل كبير في الغضروف من المرضى الذين يعانون من التهاب المفاصل الروماتويدي والزراعة العضوية 19. بالإضافة إلى ذلك، PGRN أيضا يلعب دورا حاسما في انتشار خلية غضروفية 20، والتمايز وغضروفيتعظم من لوحة النمو خلال تطوير 21،22. في الآونة الأخيرة، وذكرت لنا أن PGRN استعداء TNF-α من خلال ملزم لمستقبلات TNF وعرضت وظيفة مضادة للالتهابات في نماذج التهاب المفاصل 13،14،23،24. ومع ذلك، فإن دور PGRN في الزراعة العضوية، وخاصة في الجسم الحي، لا يزال يتعين لغزا. هنا، نقدم الإجراء للحث على نموذج DMM الجراحية، والتحقيق في دور PGRN في تطوير الزراعة العضوية من خلال إنشاء نموذج DMM في WT وPGRN / - الفئران.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
جميع العمليات الجراحية المتعلقة الحيوانات ينبغي الموافقة من قبل لجنة رعاية الحيوان وأخلاقيات المؤسسة المحلية، مع الجهد المبذول للحد من الألم وعدم الراحة التي تسببها الجراحة.
1. إعداد
- حدد 8-12 أسابيع من العمر من الذكور C57BL / 6 الفئران مع وزن الجسم حوالي 25 غراما لعملية جراحية.
- تخدير الحيوانات من خلال حقن داخل الصفاق من كوكتيل تحتوي على كل زيلازين (5 ملغ / كلغ) والكيتامين (40 ملغ / كلغ).
- يحلق الركبة مع شفرات الحلاقة، ثم ثنى الحيوان جراحيا وتعقيم موقع الجراحة مع بتدين والكحول (3X) وتغطية عيون الماوس مع مرهم.
2. عملية جراحية
- جعل 1 سم طولية وسطي شبه الرضفي شق لفضح مفصل الركبة.
- فتح مفصل الركبة بلطف من خلال خلع الجانبي من الرضفة والرباط الرضفي.
- قطع كبسولة مفصل الركبة طوليامن خلال شق وسطي شبه الرضفي في الخطوة 2.1.
- تشريح الركبة كبسولة مشتركة مع ملقط.
- الاستيلاء على الجزء الأعلى من الخلفيتين مخلب مع اليد اليسرى، وأداء خلع الجانبي من الرضفة والرباط الرضفي بالملقط. عقد مخلب الخلفيتين بلطف وتأكد لتجنب الصدمة في مخلب. أفضل يتم تشريح الكبسولة المشتركة، وسوف تكون هناك حاجة أقل قوة لجعل التفكك.
- بالتنقيط ملحي معقم على سطح الغضروف المفصلي أثناء التشغيل لتجنب جفاف سطح الغضروف.
- قطع طريق الرباط الإنسي الذي meniscotibial المراسي الغضروف المفصلي الإنسي إلى الهضبة الظنبوب. تجنب اصابة الغضروف تحت الغضروف المفصلي وسطي.
- تحديد الغضروف المفصلي الإنسي الذي يقع بين اللقمة وسطي من عظم الفخذ والظنبوب الإنسي الهضبة.
- تحديد meniscotibial الرباط الذي يربط الجانب الوحشي من الغضروف الأنسي مع سماحة بين لقمتي الظنبوب.
- عقد مرحباالثانية مخلب بلطف مع اليد، وقطع طريق الرباط الإنسي meniscotibial بعناية باستخدام رقم 10 شفرة جراحية. تأكد من عدم تسبب تجرح إلى الغضروف المفصلي والأربطة الأخرى. في كثير من الحالات، لوحة الدهون التي تغطي يحتاج ليتم سحبها إلى الجانب ولكن لا يمكن إزالتها من أجل التعرف على الرباط.
- إغلاق كبسولة مفصل الركبة مع 6-0 خياطة للامتصاص.
- إغلاق الجلد مع خياطة الحرير 6-0.
3. الرعاية اللاحقة للعمليات الجراحية
- تطبيق قطرة واحدة من 0.25٪ بوبيفاكايين في موقع العمليات الجراحية في كل فأر لتقليل الألم بعد الجراحة.
- ترك الفئران تعمل تتردد في الحصول على الماء والغذاء.
4. التهديف النسيجي للDMM الجراحية النموذجي
- التضحية الفئران عند نقاط المشار الوقت (على سبيل المثال 4 أسابيع و 8 أسابيع و 12 أسبوعا. هنا أظهرنا نتائج 8 أسابيع كممثل) بعد الجراحة.
- يتم إصلاح مفاصل الركبة بالكامل، مخلص من الكالسيوم، EMBEdded بواسطة البارافين ثم مقطوع متسلسل في 5 فاصل ميكرون.
- قطع أطرافه الخلفية كامل مع رقم 10 ريش.
- تشريح الجلد وعضلات الأطراف الخلفية بعناية، وتحديد العينات مع PFA 4٪ لمدة 3 أيام في RT.
- إزالة PFA، وتنظيف العينات بالماء. بعد ذلك، يزيل الكلس في EDTA العينات عند 4 درجة مئوية لمدة 2 اسابيع.
- يذوى العينات في التدرج الايثانول. في التفاصيل، والحفاظ على العينات في الايثانول 70٪ لمدة 1 ساعة، ثم تغيير الإيثانول والحفاظ على العينات في مجموعة جديدة من الايثانول 70٪ لO / N. بعد ذلك، ووضع العينات في 80٪ و 90٪ من الإيثانول بالتالي، والاحتفاظ بها لمدة 1 ساعة، على التوالي، تليها الإيثانول بنسبة 100٪ لO / N.
- إزالة الايثانول. الحفاظ على العينات في oxylene لمدة 1 ساعة، وتغيير مجموعة جديدة من oxylene. كرر هذه الخطوة 3X.
- تضمين العينات في قالب البارافين باستخدام مركز التضمين لايكا. بعد ذلك، يتم مقطوع العينات في 5 ميكرون باستخدام مشراح الدوارة (لايكا RM2255، ألمانيا) ثم جمعت على الشرائح الزجاجية.
- يتم قطع المقاطع السهمي المسلسل لكل عينة والتي تمتد من منطقة وسط اللقمة الجانبية لمركز اللقمة الإنسية.
- يتم تنفيذ Safranin O تلطيخ، تليها التهديف والتحليل الإحصائي من خلال نظام التسجيل OARSI كما هو موضح سابقا 25.
- الأولى، deparaffinize الشرائح في oxylene، وهيدرات لهم في التدرج الإيثانول إلى الماء المقطر. بعد ذلك، هي ملطخة الشرائح من خلال الحديد الهيماتوكسيلين الحل بحسب فايغرت، 0.05٪ الأخضر السريع (FCF) محلول، 1٪ حمض الخليك الحل، و 0.1٪ Safranin O الحل. جبل الشرائح المتوسطة باستخدام راتنجية.
- يسجل الشرائح ملطخة Safranin O على أساس فقدان بروتيوغليكان (اللون الأحمر) في الغضروف ونسبة الدمار في بنية الغضروف، القيام بتحليل إحصائي لدرجة النسيجي.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
تأسست DMM النموذج بنجاح في الفئران، ونقص PGRN المبالغة تطوير الزراعة العضوية التي يسببها جراحيا.
وأجريت عمليات صورية وDMM (الشكل 1) في WT وPGRN / - الفئران. بعد 8 أسابيع العملية، تم التضحية الفئران، وأجريت Safranin O تلطيخ على المقاطع من المفاصل في الركبة، وتليها التحليل الإحصائي لدرجة التهاب المفاصل يعتمد على الأنسجة. كما هو مبين في الشكل 2A، لم يكن هناك انحطاط واضحة من الغضروف في كل المورثات في مجموعات عملية صورية على أساس Safranin O تلطيخ، وهو ما يعني ضمنا الشروط الأساسية مماثلة (لوحات العلوي). بعد 8 أسابيع العملية DMM (لوحات أقل)، كان هناك فقدان بروتيوغليكان وتدمير بنية الغضروف في كل WT وPGRN / - الفئران (الأسهم الحمراء). كلا فقدان بروتيوغليكان وتدهور الغضروف تشير تحريض الناجحة من النمط الظاهري الزراعة العضوية. قضبان الأعمدة indicatإد الاختلاف بين أعضاء المجموعة التالية داخل العملية DMM. ومع ذلك، شريط قصير نسبيا، وبالضربة القاضية PGRN عرض الخسارة أعلى من بروتيوغليكان ودمرت بنية الغضروف أشد بالمقارنة مع نوع سلالة البرية. علاوة على ذلك، تم إجراء تحليل إحصائي لدرجة الغضروف كما هو موضح سابقا 25، وكانت النتيجة أعلى بكثير في الغضروف بالضربة القاضية PGRN من المجموعة WT. أظهرت نتائجنا أن فقدان PGRN أدى إلى النمط الظاهري OA أكثر شدة.
الشكل 1. إجراء العمليات الجراحية للتحريض DMM. أ. يتم إجراء سطي شبه الرضفي شق في الجلد من مفصل الركبة. ب. التعرض للفضاء بعد خلع مفصل الركبة الجانبي من الكبسولة المشتركة. ج. ق الداخليةtructure من مفصل الركبة. السهم الأزرق يشير الغضروف المفصلي وسطي. السهم الأصفر يوضح الرباط meniscotibial. د. وزعزعة الاستقرار في الغضروف المفصلي الإنسي. السهم الأزرق يشير إلى الغضروف المفصلي الإنسي الذي خلع من الموقع الأصلي. يظهر السهم الأصفر الجزء المتبقي من الرباط meniscotibial التي تم تشريح. د. مغلق الكبسولة المشتركة. و. يتم إغلاق الجلد. اضغط هنا لمشاهدة صورة أكبر.
الشكل 2. الصور ممثل الأنسجة والتحليل الإحصائي لدرجة هشاشة العظام صور A. الممثل النسيجي للWT وPGRN / - الفئران 8 أسابيع بعد العملية صورية أو DMM، يعاير بواسطة Safranin O تلطيخ. السهام الحمراء تشير إلى تدمير الغضروف. فقدان اللون الأحمر في الغضروف يعني فقدان بروتيوغليكان. شريط النطاق، و 100 ميكرومتر B. التحليل الإحصائي لدرجة هشاشة العظام في كل من PGRN / - الفئران وWT اضغط هنا لمشاهدة صورة أكبر.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
وتفيد التقارير بأن سلالة من الفئران من المهم جدا لنموذج DMM الاستقراء، كما سلالات مختلفة من الفئران متفاوتة شدة OA بعد DMM، مع أعلى مستوى في سلالة 129/SvEv، تليها C57BL6، 129/SvInJ ثم FVB / ن 26. يتم إنشاء جزء كبير من الجينات المحورة في الفئران C57BL6، مثل PGRN / - الفئران استخدمنا في هذه الدراسة، والتي هي عرضة نسبيا لDMM. ومع ذلك، إذا كان قائما على التحوير على سلالة حساسة مثل FVB / ن الفئران، فمن الضروري أن تزاوج تبادلي هذه الفئران مع سلالات عرضة DMM قبل الاستقراء. جنس الفئران المستخدمة لتحريض DMM هو أيضا مهم جدا كما أظهرت الدراسات بالفعل أن إناث الفئران هي أقل حساسية من الفئران الذكور 27. علاوة على ذلك، سن الفئران لتشغيل DMM يختلف من 8 أسابيع من العمر إلى 12 أسابيع من العمر على أساس الأدب 29، والتي تلعب أيضا دورا حاسما في التسبب في الزراعة العضوية. لذلك، يجب تشغيل الفئران من نفس الفئة العمرية للقضاء على هذا التأثير. مطلوب السيطرة على الألم بعد العملية لتعزيز حركة الفئران بعد الجراحة. كما يؤدي إلى DMM نموذج الزراعة العضوية من خلال الحركة بوساطة ارتداء والمسيل للدموع في الغضروف، وعدم كفاية الحركة نتيجة الألم بعد العملية قد يسبب عدم تناسق التنمية الزراعة العضوية. لا يوجد حاليا تفاوت بشأن تعريف DMM بشأن ما إذا كان أو لا لإزالة الغضروف المفصلي الإنسي 4،28. في الدراسة لدينا، ونحن مجرد زعزعة الاستقرار في الغضروف المفصلي الإنسي ولكن لم إزالته. وتقع الآفات في نموذج DMM بشكل رئيسي على المنطقة تحمل الوزن المركزية وسطي الظنبوب الهضبة، وزيادة شدة الآفات أثناء الوقت (بيانات غير منشورة)، وكانت النتائج متسقة مع التقارير السابقة 5. علاوة على ذلك، كانت النتيجة OARSI بعد العملية DMM متسقة نسبيا بين مختلف أعضاء المجموعة الجينية نفسها.
PGRN يلعب دورا هاما في التنمية الغضروف والتهاب المفاصل 14،21. نحنذكرت في وقت سابق ان interplays PGRN مع metalloproteases ADAMTS-7 وADAMTS-12، ويحمي الغضاريف البروتين مصفوفة COMP من تدهور 19. وعلاوة على ذلك، فمن راسخة أن TNF-α يلعب دورا حاسما في تدمير الغضروف 24. مؤخرا، وجدنا أن PGRN استعداء TNF-α ومحمية ضد تدمير الغضروف في نماذج التهاب المفاصل 14. في هذه الدراسة، ونحن يسببها DMM النموذج في WT وPGRN / - الفئران، وكما هو متوقع، PGRN / - أظهرت الفئران تقدم مبالغ فيها الزراعة العضوية التالية تحريض DMM، وهو ما تدل عليه خسارة أشد من بروتيوغليكان في Safranin O تلطيخ و أعلى بكثير النتيجة التهاب المفاصل يعتمد على الأنسجة (الشكل 2). وعلاوة على ذلك، والتعبير عن علامات تقويضي كانت مرتفعة بشكل كبير في PGRN / - مجموعة (بيانات غير منشورة)، مما يشير إلى تسارع تطور الزراعة العضوية في نقص PGRN.
في الختام، لدينا بروتوكول لإنشاء نموذج DMM قكان الفئران، وتحريض متسقة والإنجابية - uccessfully يسببها النمط الظاهري الزراعة العضوية في WT وPGRN /. الجيل الناجح لنموذج DMM في C57/B6 الفئران يوفر أداة مفيدة لتقييم العوامل العلاجية والجينات ذات الصلة لOA OA في المستقبل. في الدراسة الحالية، ونتيجة لDMM نموذج يوثق دورا وقائيا من PGRN في تطوير الزراعة العضوية.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
فإننا نعلن هنا أن لدينا أي تضارب في المصالح.
Acknowledgments
وأيد هذا العمل من قبل المعاهد الوطنية للصحة جزئيا المنح البحثية R01AR062207، R01AR061484، R56AI100901، K01AR053210، والأمراض المستهدفة منحة بحثية من مؤسسة أبحاث أمراض الروماتيزم (CJ لليو).
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| No. 10 Surgical blades | Feather | 25-2976#10 | |
| 6-0 suture | Applied Dental | WG-N53133 |
References
- Herndon, J. H., Davidson, S. M., Apazidis, A. Recent socioeconomic trends in orthopaedic practice. J. Bone Joint Surg. Am. 83, 1097-1105 (2001).
- Johnson, K., et al. A stem cell-based approach to cartilage repair. Science. 336, 717-721 (2012).
- Yang, S., et al. Hypoxia-inducible factor-2alpha is a catabolic regulator of osteoarthritic cartilage destruction. Nat. Med. 16, 687-693 (2010).
- Glasson, S. S., et al. Deletion of active ADAMTS5 prevents cartilage degradation in a murine model of osteoarthritis. Nature. 434, 644-648 (2005).
- Glasson, S. S., Blanchet, T. J., Morris, E. A. The surgical destabilization of the medial meniscus (DMM) model of osteoarthritis in the 129/SvEv mouse. Osteoarthr. Cart. 15, 1061-1069 (2007).
- Chia, S. L., et al. Fibroblast growth factor 2 is an intrinsic chondroprotective agent that suppresses ADAMTS-5 and delays cartilage degradation in murine osteoarthritis. Arthritis Rheum. 60, 2019-2027 (2009).
- Miller, R. E., et al. CCR2 chemokine receptor signaling mediates pain in experimental osteoarthritis. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 109, 20602-20607 (2012).
- Wang, Q., et al. Identification of a central role for complement in osteoarthritis. Nat. Med. 17, 1674-1679 (2011).
- He, Z., Ong, C. H., Halper, J., Bateman, A. Progranulin is a mediator of the wound response. Nat. Med. 9, 225-229 (2003).
- Bateman, A., Bennett, H. P. The granulin gene family: from cancer to dementia. Bioessays. 31, 1245-1254 (2009).
- Kessenbrock, K., et al. Proteinase 3 and neutrophil elastase enhance inflammation in mice by inactivating antiinflammatoryprogranulin. J. Clin. Invest. 118, 2438-2447 (2008).
- Yin, F., et al. Exaggerated inflammation, impaired host defense, and neuropathology in progranulin-deficient mice. J. Exp. Med. 207, 117-128 (2010).
- Liu, C. J. Progranulin: A promising therapeutic target for rheumatoid arthritis. FEBS Lett. , (2011).
- Tang, W., et al. The growth factor progranulin binds to TNF receptors and is therapeutic against inflammatory arthritis in mice. Science. 332, 478-484 (2011).
- Zhu, J., et al. Conversion of proepithelin to epithelins: roles of SLPI and elastase in host defense and wound repair. Cell. 111, 867-878 (2002).
- Baker, M., et al. Mutations in progranulin cause tau-negative frontotemporal dementia linked to chromosome 17. Nature. 442, 916-919 (2006).
- Cruts, M., et al. Null mutations in progranulin cause ubiquitin-positive frontotemporal dementia linked to chromosome 17q21. Nature. 442, 920-924 (2006).
- Wils, H., et al. Cellular ageing, increased mortality and FTLD-TDP-associated neuropathology in progranulin knockout mice. J. Pathol. , (2012).
- Guo, F., et al. Granulin-epithelin precursor binds directly to ADAMTS-7 and ADAMTS-12 and inhibits their degradation of cartilage oligomeric matrix protein. Arthritis Rheum. 62, 2023-2036 (2010).
- Xu, K., et al. Cartilage oligomeric matrix protein associates with granulin-epithelin precursor (GEP) and potentiates GEP-stimulated chondrocyte proliferation. J. Biol. Chem. 282, 11347-11355 (2007).
- Bai, X. H., et al. ADAMTS-7, a direct target of PTHrP, adversely regulates endochondral bone growth by associating with and inactivating GEP growth factor. Mol. Cell. Biol. 29, 4201-4219 (2009).
- Feng, J. Q., et al. Granulinepithelin precursor: a bone morphogenic protein 2-inducible growth factor that activates Erk1/2 signaling and JunB transcription factor in chondrogenesis. FASEB J. 24, 1879-1892 (2010).
- Liu, C. J., Bosch, X. Progranulin: A growth factor, a novel TNFR ligand and a drug target. Pharmacol. Therap. 133, 124-132 (2012).
- Wu, H., Siegel, R. M.
- Glasson, S. S., Chambers, M. G., Den Berg, W. B. V. an, Little, C. B. The OARSI histopathology initiative - recommendations for histological assessments of osteoarthritis in the mouse. Osteoarthr. Cart. 18, 17-23 (2010).
- Glasson, S. S. In vivo osteoarthritis target validation utilizing genetically-modified mice. Curr. Drug Targets. 8, 367-376 (2007).
- Ma, H. L. Osteoarthritis severity is sex dependent in a surgical mouse model. Osteoarthr. Cart. 15, 695-700 (2007).
- Lin, A. C., et al. Modulating hedgehog signaling can attenuate the severity of osteoarthritis. Nat. Med. 15, 1421-1425 (2009).
- Malfait, A. M., et al. ADAMTS-5 deficient mice do not develop mechanical allodynia associated with osteoarthritis following medial meniscal destabilization. Osteoarthr. Cart. 18, 572-580 (2010).
