Summary
La osteoartritis (OA) o enfermedad degenerativa de las articulaciones, es una condición debilitante asociada con el dolor que queda sólo parcialmente controlado por analgésicos disponibles. Los modelos animales se están desarrollando para mejorar nuestra comprensión de los mecanismos del dolor relacionado con la OA. A continuación se describe la metodología para el modelo monoiodoacetate del dolor de la osteoartritis en el ratón.
Abstract
Un síntoma importante de pacientes con osteoartritis (OA) es el dolor que se desencadena por cambios periféricos, así como centrales dentro de las vías del dolor. Los tratamientos actuales para el dolor de la osteoartritis, tales como los AINE o los opiáceos no son ni suficientemente eficaz y carente de efectos secundarios perjudiciales. Los modelos animales de la OA se están desarrollando para mejorar nuestra comprensión de los mecanismos del dolor relacionado con la OA y definir nuevas dianas farmacológicas para el tratamiento. Actualmente los modelos disponibles de la OA en roedores incluyen las intervenciones quirúrgicas y químicas en una sola articulación de la rodilla. El modelo monoiodoacetate (MIA) se ha convertido en un estándar para el modelado de interrupción articulación en la OA tanto en ratas y ratones. El modelo, que es más fácil de realizar en la rata, implica la inyección de MIA en una articulación de la rodilla que induce rápidas respuestas de dolor como en la extremidad ipsilateral, el nivel de los cuales puede ser controlada por la inyección de diferentes dosis. La inyección intra-articular de MIA interrumpe la glucólisis de condrocitos mediante la inhibición de glyceraldehído deshidrogenasa-3-fosfatasa y resulta en la muerte de condrocitos, neovascularización, necrosis del hueso subcondral y colapso, así como la inflamación. Los cambios morfológicos de la cartílago y hueso articular interrupción son un reflejo de algunos aspectos de la patología del paciente. Junto con el daño articular, induce la inyección de MIA se refiere sensibilidad mecánica en la pata trasera ipsilateral y peso que llevan los déficits que son medibles y cuantificables. Estos cambios de comportamiento se asemejan a algunos de los síntomas reportados por la población de pacientes, validando de este modo la inyección de MIA en la rodilla como un modelo pre-clínica útil y relevante del dolor OA.
El objetivo de este artículo es describir la metodología de las inyecciones intraarticulares de MIA y las grabaciones de comportamiento del desarrollo asociado de hipersensibilidad con una mente para poner de relieve las medidas necesarias para hacer grabaciones coherentes y fiables.
Introduction
Clínicamente, la osteoartritis (OA) o enfermedad degenerativa de las articulaciones, es una enfermedad dolorosa y debilitante caracterizada por una pérdida progresiva de cartílago articular, inflamación leve de los tejidos en y alrededor de las articulaciones, y algunas veces la formación de osteofitos y quistes óseos. Los pacientes con OA se quejan de dolor persistente 1 y visualización aumento de la sensibilidad a la presión y los estímulos nocivos en la articulación artrítica 2-4. En la actualidad, no existe cura para la OA con los enfoques y analgésicos terapéuticas disponibles se prescriben para aliviar el dolor asociado con esta condición, con cierto grado de éxito 5. Sin embargo, el dolor de OA sigue siendo un tema de animales y clínicos modelos de OA se están desarrollando para mejorar nuestra comprensión de los mecanismos del dolor relacionado con la OA y revelar nuevas dianas para la terapia.
Hay varios modelos animales de OA disponibles con diferentes características 6. Los métodos quirúrgicos, como la anteriortransección del ligamento cruzado, puede ser utilizada. Sin embargo, implican la intervención quirúrgica hábil y se realizan principalmente en la rata, mientras que la desestabilización de menisco medial (DMM) se utiliza en el ratón. Desarrollo espontáneo de la OA se produce en el conejillo de Indias y degeneración de la articulación espontánea se ha informado en ratones C57 negro de 3 a 16 meses de edad 7,8. OA modelos espontáneos no implica ninguna intervención para inducir la enfermedad, pero tienen la variabilidad inherente, y, como tal, incurrir en mayores números y cuestan 9,10. modelos químicamente inducidos, por otro lado, requieren procedimientos mucho menos invasiva que los modelos quirúrgicos, y como tal, son más fáciles de implementar y permiten el estudio de lesiones de OA en las diferentes etapas. Estos modelos incluyen inyecciones individuales en la rodilla de agentes inflamatorios, inmunotoxinas, colagenasa, papaína, o monoiodoacetate, que puede ser tóxico si se escapan del espacio articular. De todos los modelos químicos de OA, MIA es el que más se utiliza, particularly para probar la eficacia de los agentes farmacológicos para tratar el dolor, ya que este modelo genera un fenotipo similar al dolor reproducible y robusto, rápido y que puede ser calificado por la alteración de la dosis MIA 11-15.
La inyección intra-articular de MIA en roedores reproduce lesiones OA-como y deterioro funcional que puede ser analizado y cuantificado. MIA es un inhibidor de la gliceraldehído-3-fosfatasa, interrumpiendo la glucólisis celular y, finalmente, lo que resulta en la muerte celular 16,17. La inyección intra-articular de MIA causa la muerte celular de condrocitos, lo que lleva a la degeneración del cartílago y hueso subcondral alteraciones posteriores tales como aparición de hueso osteofitos 18,19.
A medida que la utilidad de MIA en la rata se ha descrito antes de los 20, en este trabajo nos centramos en la metodología de la OA inducida en ratones MIA ya que este modelo está siendo utilizado cada vez más con la disponibilidad de los ratones knock-out. Se describe un procedimiento para la injección de volúmenes muy pequeños en la rodilla y métodos para medir la sensibilidad a los estímulos nocivos y no nocivos en las extremidades traseras.
El detalle de la metodología ayudará a reducir la variabilidad, y como tal, refinar el modelo y reducir el número de animales necesarios para el estudio.
Protocol
Los procedimientos que implican sujetos animales han sido aprobados por el Comité Ético en el Kings College de Londres y se ajustan UK Home Office Reglamento (Animales Scientific Procedures Act de 1986).
1. inyección intra-articular de la rodilla en el Monoiodoacetate
- Casa 8 -. Ratones 10 semanas de edad en grupos de 5 bajo un ciclo de 12 horas de luz / oscuridad (luces encendidas a las 7:00 AM) con comida y agua ad libitum Deje que los ratones se aclimatan durante 1 semana antes de comenzar el experimento.
- Aleatoriamente y los ratones en jaulas en grupos de 5. Utilice el número de animales como los códigos para cegar el experimentador a los tratamientos. Utilice los pesos corporales como parámetros para la asignación al azar.
- En el día de la inyección, recién preparar la solución de monoiodoacetate en solución salina estéril (0,9% NaCl) a las concentraciones deseadas. Utilice solución salina estéril para inyección en un grupo separado de ratones de control. La dosis más alta recomendada de MIA es de 1 mg en 10 microlitros.
Precaución: Monoiodoacetate es very tóxico. Por lo tanto, se recomienda que los guantes y la máscara se usan al manipular el polvo y la preparación de la solución. La solución debe ser estéril por filtración con un filtro de 0,22 micras. - Anestesie ratón que utiliza un carro de anestésico por primera colocándolos en una cámara de entrega de 2% de isoflurano en O 2 mezcla (caudal 1,5 l / min) y luego transferir los ratones a la sección de cono de la nariz, que también suministra la mezcla de 2% de isoflurano-O 2 y, como tal, mantiene la anestesia durante la inyección. Coloca un ungüento veterinario en los ojos para evitar su desecación, mientras que bajo anestesia. Use bata quirúrgica, guantes y máscara mientras se realiza el proceso de inyección.
- Confirmar la anestesia mediante la comprobación de falta de respuesta a un estímulo de presión en las patas traseras del animal.
- Una vez que el animal está bajo anestesia, colocarlo en su parte posterior. Recorte y limpie el área que rodea a la articulación de la rodilla con el alcohol. yodo povidona o clorhexidina pueden ser utilizados, así fo desinfección. El tendón rotuliano (línea blanca abajo de la rótula) se hará visible.
- Con el fin de estabilizar el sitio de inyección, mantener la rodilla todavía, en una posición doblada, colocando el dedo índice por debajo de la articulación de la rodilla y el pulgar encima de la superficie anterior de la articulación del tobillo. No se requiere preferencia conjunta.
- Para encontrar el sitio preciso de la inyección, ejecute una aguja 26 G unida a una jeringa horizontalmente a lo largo de la rodilla (a fin de no perforar la piel con la punta) hasta que encuentra la brecha por debajo de la rótula. Aplique una leve presión para marcar el área y luego levante la aguja y jeringa en posición vertical para la inyección. Insertar la aguja en la zona marcada, a través del tendón rotuliano, perpendicular a la tibia. No hay resistencia se debe sentir.
- Utilice el pulgar como guía e inyectar superficial para el sitio de entrada. Después de la inyección, masaje de la rodilla para asegurar una distribución uniforme de la solución. Desechar la aguja inmediatamente en la agudas bin.
- Coloque los ratones de nuevo en una jaula limpia en una estera climatizada y permitir que se recuperen. Mantener una vigilancia constante sobre los animales hasta que se recupera el conocimiento adecuado, que se mide por ellos recuperar decúbito esternal. Una vez que los animales se recuperan, volver a su jaula.
Nota: Se sugiere para obtener los mejores propósitos de práctica y formación que se usa un colorante y la disección inmediata post-mortem realizarse para confirmar la correcta localización de la inyección.
2. Medición de la hipersensibilidad mecánica (alodinia)
Nota: los umbrales de retirada mecánicas estáticas se evaluaron mediante la aplicación de filamentos de von Frey a la superficie plantar de la pata trasera.
- Llevar los ratones a la sala de comportamiento y dejar que los animales se aclimaten sin restricciones en cubículos acrílicos (8 cm x 5 cm x 10 cm) encima de una rejilla de malla de alambre.
- los ratones del tren por la manipulación y la habituación a las 2 horas cubículos para dos días antes de la aplicación pelo de Von Frey con el finpara limitar el estrés y la deambulación durante la aplicación de filamentos de von Frey. En los días de ensayo, los animales se habitúen a los cubículos para un máximo de 60 min antes de la prueba. Utilizará batas, guantes, máscaras y durante todos los experimentos de comportamiento.
- Aplicar calibrados pelos de von Frey (fibras de nylon flexibles de diámetro creciente que ejercen niveles de fuerza define como calibrado por la empresa fabricante y se expresó como gramos (g)) en la superficie plantar de la pata trasera hasta que las curvas de la fibra. Utilice 0,008, 0,02, 0,04, 0,07, 0,16, 0,4, 0,6, y 1,0 g de fibras durante la prueba.
- Mantenga cada cabello en su lugar durante 3 segundos o hasta que se retira la pata, esta última definición de una respuesta positiva. A partir de una fuerza del estímulo de 0,07 g, aplicar pelos de acuerdo con el "método arriba-abajo" 21: X marca como una respuesta de retirada y O una ausencia de respuesta. Aplicar en orden ascendente de la fuerza, hasta 1 g (fuerza de corte), hasta que se detecta una respuesta.
- Vuelva a probar la pata repitiendopaso 2.2.1, comenzando con el filamento que ejerce una fuerza inferior a la que produce una retirada.
- A continuación, aplicar los filamentos restantes de forma secuencial, por la fuerza descendente, hasta que se produzca ninguna retirada. Volver a aplicar filamentos en orden ascendente hasta que se observa una respuesta. Continuar hasta que se obtiene una secuencia de seis respuestas (por ejemplo, oxoxox), con el fin de obtener el valor 'k' haciendo referencia a tabular los valores 21.
- Expresar los valores de retirada de la pata en un 50% los umbrales de retirada de la pata en gramos. Utilice la fórmula (10 [δ Xr + K]) / 10.000, donde Xr = valor de la última con filamentos de von Frey utilizado en la secuencia (en unidades logarítmicas), k = valor tabular, y δ = significan diferencia en las fuerzas entre las fibras. Cuando se detecta que no hay respuesta, utilice la respuesta máxima de 1 g 21,22.
- Siguiendo el procedimiento descrito anteriormente (2.2.1-2.2.4), evaluar los umbrales mecánicas de las dos patas traseras antes de MIA injection como valores basales. Después de la inyección, evaluar los umbrales de las patas ipsilateral y contralateral a intervalos regulares de un día durante varias semanas después MIA para determinar el desarrollo de la alodinia mecánica.
Nota: Por ejemplo, el informe umbrales medidos 0, 3, 5, 7, 10, 14, 21, y 28 días después de la inyección de MIA. Animales se consideran alodínico cuando muestran una respuesta a 0,1 g o menos. Respuestas normales caen dentro de 0,6 - 1 g rango.
3. Medición de Peso Déficit Teniendo
Nota: Los cambios en el levantamiento de peso que se miden usando un medidor de peso incapacitance.
- Entrenar a cada ratón para entrar en una cámara de plexiglás sobre el aparato y sentarse en la caja de soporte. Coloque el ratón delante de la caja de soporte, levante la entrada de hasta 45 °, y permitir que el ratón para entrar y cerrar la caja. Permitir que los animales puedan moverse libremente hasta que adoptan una postura sentada. Esta formación lleva por lo menos dos días y garantiza que el animal está quieto y no leaning a cada lado de la cámara. Calibre el instrumento antes de su uso con un 100 g de peso de verificación (o de acuerdo a instrucciones del equipo).
- Asegúrese de que cada pata trasera se coloca en la plataforma de grabación adecuado 11. La duración de cada medición tiene 1 sec, según las instrucciones del fabricante.
- Recoger tres mediciones del peso soportado en cada pata trasera de la plataforma de grabación de cada sesión de grabación y utilizar el valor medio para calcular la diferencia de peso soportado por las patas ipsilateral y contralateral. expresan valores como la diferencia entre las patas ipsilateral y contralateral en gramos.
- Evaluar los cambios que soportan el peso antes de la inyección de MIA como valores de referencia. A continuación, las evaluaciones repetidas a intervalos regulares a lo largo de varias semanas para determinar el desarrollo de cambios de puerta. Por ejemplo, el informe umbrales medidos en 0, 3, 5, 7, 10, 14, 21, y 28 días después de la inyección de MIA.
Nota: Un peso normal bearing valor del 50% representa una distribución de peso igual a través del miembro posterior ipsilateral y contralateral. Animales considerados pantalla hipersensible una carga de peso cambio de aproximadamente el 45%. Las mediciones de los umbrales mecánicos y que soportan peso déficits se pueden realizar en los mismos ratones, ya que ni punto final afecta a la otra. Para la evaluación farmacológica, cada grupo de animales debe ser probado en tiempos establecidos después de la dosificación en línea con el perfil farmacocinético del compuesto utilizado.
Representative Results
Recientemente hemos informado de que la inyección de 0,5 - 1 mg MIA en los induce la articulación de la rodilla del ratón refiere hipersensibilidad mecánica (alodinia) en la pata trasera ipsilateral y la carga de peso déficit de hasta 4 semanas, aunque inicios son 23 dependiente de la dosis.
Los datos presentados en la Figura 1 constituyen un ejemplo de la evolución temporal de la hipersensibilidad mecánica inducida por MIA en las patas traseras ipsilaterales después de un intervalo de dosis inyectadas en la rodilla. Específicamente, la dosis más baja de MIA (0,5 mg / ratón) indujo una disminución del 50% de los umbrales de comparación con la inyección de solución salina en días 10, y los umbrales se redujo a 70% de los de los controles de solución salina por día 28 después de la inyección. La dosis intermedia de 0,75 mg de MIA resultó en una disminución gradual en umbrales que eran 80% inferiores a los umbrales de control de solución salina en días 10 y permaneció baja hasta el día 28. La dosis más alta de 1 mg MIA se asoció con un signoificant caída en el umbral el día 5 y una nueva disminución en el día 10, que se mantuvo hasta el día 28.
Los datos presentados en la Figura 2 proporcionan ejemplos de soporte de peso cambios que están asociados con la inyección de MIA en las articulaciones de rodilla. En este conjunto de experimentos, mientras que el 0,5 mg dosis MIA no indujo cambios significativos en la carga de peso durante toda la duración 28 días del estudio, la 0,75 mg dosis MIA resultó en una reducción significativa en el peso soportado por el pata ipsilateral del día 10 adelante. En particular, la carga de peso asimetría asociada con 0,75 mg de MIA puede producir resultados variables e inconsistentes entre los estudios 23. En lugar de ello, la dosis de 1 mg MIA induce generalmente peso reproducible teniendo asimetría y los datos de la Figura 2 demostrar la reducción significativa de peso soportado en la pata trasera ipsilateral de día 3 hasta el final del período de observación. Como era de esperar, saline animales tratados no mostraron cambios en la carga de peso.
Figura 1. Desarrollo de la alodinia mecánica Publicar MIA inyección. Umbrales de retirada de la pata de las patas traseras ipsilaterales y contralaterales se evaluaron antes y después de la inyección de MIA (0,5, 0,75 y 1 mg / ratón) y solución salina (0,9% NaCl), n = 8 - 10 ratones / grupo. * P <0,05, ** P <0,01, *** P <0,001 frente al grupo tratado con solución salina; Dos vías de medidas repetidas ANOVA seguido de Student Newman-Keuls test post hoc. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
Figura 2. Desarrollo de Peso Déficit Teniendos Publicar MIA inyección. Los cambios en la distribución del peso corporal entre los dos miembros traseros se calcula como [(peso tenerse en ipsilateral pata / suma del peso soportado en las patas ipsilaterales y contralaterales) * 100] se evaluaron antes y después de la inyección de MIA ( 0,5, 0,75 y 1 mg / ratón) y solución salina (0,9% NaCl), n = 8 - 10 ratones / grupo. * P <0,05, ** P <0,01, *** P <0,001 frente al grupo tratado con solución salina. Dos vías de medidas repetidas ANOVA seguido de Student Newman-Keuls test post hoc. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
Discussion
Con esta metodología, se describe un método preferido para inducir dolor OA-como en el ratón por una inyección intra-articular de MIA en una articulación de la rodilla y la evaluación de la sensibilidad a estímulos no nocivos y nocivos en las extremidades traseras. la inyección de MIA se asocia con el comportamiento de dolor persistente, es decir, alterado el peso de la extremidad posterior del cojinete y el desarrollo de la hipersensibilidad mecánica referida (alodinia). Tales mediciones estáticas pueden ser complementados con análisis de la marcha en una caminadora o por análisis de pasarela en los animales que se mueven libremente. Modelos MIA son sensibles a las terapias 24 para aliviar el dolor convencionales, lo que indica que pueden ser útiles para discernir enfoques terapéuticos. Mientras que la inyección de MIA no es técnicamente difícil, la cápsula de la articulación puede ser perforado durante la inyección, dando lugar a fugas de MIA fuera de la cápsula, y la posterior incapacidad para inducir la toxicidad de los condrocitos. De hecho, la inyección sistémica de MIA puede ser fatal en los roedores unand posibles efectos de MIA en células y tejidos distintos de condrocitos pueden confundir los resultados, además de ser indeseable. En este sentido, hay que destacar que un gran cuidado necesita ser dado a la inyección de la MIA, ya que es un componente crítico del modelo, y la confianza tiene que ser dado que la inyección se produce en el espacio articular. Este protocolo ayuda a lograr eso.
Los protocolos descritos aquí tienen por objeto garantizar que los animales proporcionan las respuestas al dolor similar consistentes durante todo el período de prueba. Además, permiten el ajuste de gravedad de la enfermedad mediante la alteración de la dosis de MIA utilizado para inducir la patología 15,23. La rápida inducción de la enfermedad tanto en el estado y el comportamiento de dolor similar a permitir la evaluación oportuna de los compuestos modificadores de dolor. Esto es ventajoso sobre existente quirúrgica y espontáneamente el desarrollo de modelos de OA, que puede tomar un período de tiempo más largo para desarrollar hipersensibilidad. Además, en particular para los modelos espontáneos, la enfermedad Patholgía no se manifiesta en todos los animales (aproximadamente 20 - 80% 7), mientras que el modelo de MIA se asocia con una incidencia significativa de respondedores. Además, los modelos espontáneos no son adecuados para mediciones de los cambios en la carga de peso, como se desarrolla OA en ambas rodillas. Al considerar las mediciones de comportamiento, los animales deben mantenerse tranquilo y relajado durante las evaluaciones. Esto se consigue, como se detalla en el protocolo, mediante la formación temprana antes de las mediciones de grabación y por una manipulación repetitiva, lo que permite a los animales se familiaricen con el experimentador. Un punto clave para reducir el estrés es utilizar el mismo experimentador para la prueba de comportamiento a lo largo de, como cambio constante inducirá los problemas mencionados anteriormente. Como cualquier modelo, el modelo de MIA de la OA tiene limitaciones, tales como la rapidez de interrupción conjunta, que no se parece al lento desarrollo de la patología en pacientes OA. Una forma de superar este problema sería complementar este modelo con un Dorgical modelo de la OA. El uso del modelo químico MIA en el desarrollo compuesto permite el uso de protocolos preventivos y terapéuticos sobre el desarrollo y mantenimiento de dolor OA-similares. Por último, el modelo MIA complementaría los estudios de los rasgos fenotípicos de los ratones knock-out, lo que ayuda a comprender mejor la enfermedad OA.
Acknowledgments
JSV está apoyado por una beca de colaboración para MM por la Comisión Europea (GAN-603191 PAINCAGE).
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Monoiodoacetate | Sigma-Aldrich | I-2512-25G | ≥ 98% purity |
| 0.9% Saline | Mini-Plasco basic | 365 4840 | |
| Isoflurane | Merial | DNI 4090/1 | |
| 26 G Needle | Fisher Scientific | 12947606 | |
| 50 μl Hamilton Syringe | Sigma-Aldrich | 20701 | |
| Von Frey Hairs | Linton Instruments | NC 122775-99 | |
| Incapacitance tester | Linton Instruments | Delivery on Request | |
| Testing Cage Rack | Ugo Basile | 37450 | |
| Compact Anesthetic system | Vet-Tech | AN001B | |
| Medical O2 | BOC | 101-F | |
| Aldasorbers | Vet -Tech | AN006A |
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