Konstruktion och utvärdering av en murina Calvarial osteolys modell av exponering för CoCrMo partiklar i aseptisk lossa
Summary
Detta manuskript beskriver en murina calvarial osteolys modell av exponering för CoCrMo partiklar, som utgör en idealisk djurmodell för att bedöma samspelet mellan slitage partiklar och olika celler i aseptisk lossnande.
Abstract
Slitage partikel-inducerad osteolys är en viktig orsak till aseptisk lossnande artroplastik misslyckande, men den underliggande mekanismen oklar. På grund av långa uppföljningar krävs för identifiering och sporadisk förekomst, det svårt för att bedöma den patogenes ofparticle-inducerad osteolys i kliniska fall. Därför krävs optimal djurmodeller för fortsatta studier. Murina modellen av calvarial osteolys fastställts av exponering för CoCrMo partiklar är ett effektivt och giltigt verktyg för att bedöma samspelet mellan partiklar och olika celler i aseptisk lossnande. I denna modell, CoCrMo partiklar först erhålls genom hög-vakuum tre-elektrod likström och resuspended i fosfatbuffrad saltlösning vid en koncentration på 50 mg/mL. Sedan, 50 µL av den resulterande suspensionen tillämpades till mitten av de murina calvaria efter separation av kraniala periostet av vassa dissektion. Efter två veckor, mössen offrades och calvaria exemplar hade skördats, kvalitativa och kvantitativa utvärderingar utfördes av hematoxylin och eosin färgning och micro datortomografi. Styrkan i denna modell inkluderar förfarandet enkelhet, kvantitativa utvärderingen av benförlust, snabbhet av osteolys utveckling, potentiella användning transgena eller knockout modeller och en relativt låg kostnad. Denna modell kan emellertid inte för att användas för att bedöma mekanisk kraft och kroniska effekter av partiklar i aseptisk lossnande. Murina calvarial osteolys modell genereras av exponering för CoCrMo partiklar är ett idealiskt verktyg för att bedöma samspelet mellan slitage partiklar och olika celler, t.ex., makrofager, fibroblaster, osteoblaster och osteoklaster, aseptisk att lossa.
Introduction
Aseptiska lossnande är den vanligaste orsaken av total höftartroplastik (THA) och total knäledsplastik artroplastik (TKA) misslyckande, som kräver revision kirurgi1. Den underliggande mekanismen förblir dock oklart2. En lång uppföljning krävs för att upptäcka partikel-inducerad osteolys, vars förekomst är sällsynt; därför det svårt för att utforska dess patogenes i kliniska fall. Därför kräver ytterligare studier fokuserar på komplexa cellulära och vävnad mekanismer båda in-vivo -experiment i bär partikel-inducerad osteolys modeller och in vitro- analyser i celler relaterade till homeostas3. En giltig djurmodell är viktigt i avslöjar effekterna av slitage partiklar på benförlust, tillhandahålla bevis för ytterligare cellulära analyser.
Murina calvarial osteolys modell konstruerad av exponering för CoCrMo partiklar är en effektiv och giltig metod för att bedöma samspelet mellan partiklar och olika celler i aseptisk lossnande. I denna modell orsaka CoCrMo partiklar calvarial osteolys av inducerande inflammatoriska cytokiner i makrofager, aktiverar osteoklasterna, hämma osteoblast spridning och främja osteoblast apoptos.
Det tar bara två veckor att upprätta denna modell. Osteolys kan visualiseras och kvantifieras i hematoxylin och eosin (H & E) färgning och micro beräknade datortomografi (mikro-CT)2. Denna modell har dessutom en relativt låg kostnad, och transgena och knockout mus modeller kan användas att screena ett stort antal föreningar på olika doser3.
Förfarandet för att upprätta och utvärdera denna modell är enkel. Först var CoCrMo partiklar erhålls genom hög-vakuum tre-elektrod likström och resuspended i fosfatbuffrad saltlösning (PBS) vid en koncentration på 50 mg/mL. Sedan, 50 µL av den resulterande suspensionen tillämpades till mitten av de murina calvaria efter separation av kraniala periostet av vassa dissektion. Mössen offrades efter två veckor, och calvaria prover hade skördats, kvalitativa och kvantitativa analyser utfördes av H & E färgning andmicro-CT.
Murina calvarial osteolys modell konstruerad av exponering för CoCrMo partiklar är ett idealiskt verktyg för att bedöma samspelet mellan olika celler, makrofager, fibroblaster, osteoblaster, och osteoklaster, aseptisk att lossa och CoCrMo partiklar.
Protocol
Representative Results
Discussion
Det finns två huvudsakliga metoder för slitage partikel-inducerad osteolys i möss: den air-påse och calvarial osteolys modellen. I air-fodral modell upprättas en subkutant genererade luft-påse först, följt av slitage partikel introduktion och implantation i den ben vävnad8. Väggens påse härmar periostet aseptisk att lossa. Ben implantation är dock nonvascular med ingen biologisk aktivitet, vilket gör det svårt att bedöma direkta interaktioner mellan partiklarna och benvävnaden. Ca…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Denna studie stöddes av den nationella naturvetenskap Foundation i Kina (81572111), klinisk vetenskap och teknik projekt Foundation i Jiangsu-provinsen (BL2012002), den vetenskapliga forskning projekt i Nanjing (201402007), den naturliga vetenskapen Foundation i Jiangsu-provinsen (BK20161385), och speciella Foundation av kinesiska läkare Association (2015COS0810).
Materials
| CoCrMo alloy from prosthesis | Waldemar Link GmbH & Co | GEMINI MK II | Raw material to obtain CoCrMo nanoparticles |
| Fabricated high-vacuum three-electrode direct current | College of Materials Science & Engineering , Nanjing University of Technology | Self designed machine | |
| 6 week old male C57BL/6J mice | Model animal research center of Nanjing University | N000013 | |
| 100% Ethanol | Nanjing Reagent | C0691514023 | Solvent of CoCrMo nanoparticles for transmission electron microscope scanning |
| 1.5 ml Microcentrifuge tubes | Taizhou Weierkang Medical Supplies co., LTD | W603 | |
| Microanalytical balance | Shenzhen Qun long Instrument Equipment Co,. LTD | EX125DZH | |
| Ultrasonic shaker | Shanghai Yuhao scientific instrument co., LTD | YH-200DH | To suspend CoCrMo nanoparticles |
| Transmission Electron Microscope | FEI | Tecnai G20 | |
| SimplePCI software | Compix Inc. | 6.6 version | To calculate the mean diameter and particle size distribution. |
| High-handed sterilization pan | QIULONGYIQI | KYQL-100DS | To decontaminate endotoxin |
| Limulus Amebocyte Lysate (LAL) Assay | Charles River | R13025 | To detect endotoxin |
| 15 ml Microcentrifuge tubes | Taizhou Suyi Medical | B122 | |
| Phosphate-buffered saline | Boster Biological Technology | AR0030 | Solvent of CoCrMo nanoparticles stock solution |
| Pentobarbital Sodium | Sigma | P3761 | To anesthetize mice |
| Normal saline | SACKLER | SR8572EP-15 | To prevent drying of mice eyes |
| 75% Ethanol | Nanjing Reagent | C0691560275 | Disinfection |
| Medical cotton ball | Shuitao | 1278298933 | Disinfection |
| Shaver | Kemei | KM-3018 | To shave the fur |
| Scissor | RWD LIFE SCIENCE | S12005-10 | To incise skin |
| Suture | RWD LIFE SCIENCE | F34001-01 | To suture skin |
| Needle holder | RWD LIFE SCIENCE | F33001-01 | To suture skin |
| Needle | RWD LIFE SCIENCE | R14003-12 | To suture skin |
| Vessel forceps | RWD LIFE SCIENCE | F22003-09 | To suture skin |
| Scalpel | RWD LIFE SCIENCE | S31010-01 | To harvest calvaria |
| Tweezers | RWD LIFE SCIENCE | F12006-10 | To harvest calvaria |
| 100 µL pipettes | Eppendorf | 3120000240 | To embed particles suspension in the calvatias |
| 100 µL pipette tips | AXYGEN | T-200-Y | To embed particles suspension in the calvatias |
| 5 ml Microtubes | Taizhou Weierkang Medical Supplies co., LTD | W621 | |
| 4% Paraformaldehyde | Servicebio | G1101 | Fixation |
| Micro Computed Tomography | SkyScan | SkyScan1176 | |
| Ethylene Diamine Tetraacetic Acid | Servicebio | G1105 | Decalcification |
| Paraffin | Servicebio | #0001 | |
| Paraffin slicing machine | Leica | RM2125RTS | |
| Glass slide | Servicebio | G6004 | |
| Cover glass | Servicebio | 200 | |
| HE staining kit | Servicebio | #1-5 | HE staining |
| Light microscope | Nikon | E200 |
References
- Dong, L., et al. Antisense oligonucleotide targeting TNF-alpha can suppress Co-Cr-Mo particle-induced osteolysis. J Orthop Res. 26 (8), 1114-1120 (2008).
- Deng, Z., et al. SIRT1 protects osteoblasts against particle-induced inflammatory responses and apoptosis in aseptic prosthesis loosening. Acta Biomater. 49, 541-554 (2017).
- Langlois, J., Hamadouche, M. New animal models of wear-particle osteolysis. Int Orthop. 35 (2), 245-251 (2011).
- Wang, P., Zhao, F. X., Zhang, Z. Z. Preparation of ultrafine zinc powders by DC arc plasma evaporation method. Chinese Journal of Nonferrous Metals. 21 (9), 2236-2241 (2011).
- Wang, Z., et al. The fibroblast expression of RANKL in CoCrMo-particle-induced osteolysis is mediated by ER stress and XBP1s. Acta Biomater. 24, 352-360 (2015).
- Wang, Z., et al. Autophagy mediated CoCrMo particle-induced peri-implant osteolysis by promoting osteoblast apoptosis. Autophagy. 11 (12), 2358-2369 (2015).
- Wang, R., et al. Particle-induced osteolysis mediated by endoplasmic reticulum stress in prosthesis loosening. Biomaterials. 34 (11), 2611-2623 (2013).
- Yang, S. Y., et al. Adeno-associated virus-mediated osteoprotegerin gene transfer protects against particulate polyethylene-induced osteolysis in a murine model. Arthritis Rheum. 46 (9), 2514-2523 (2002).
- Liu, N., et al. Autophagy mediated TiAl(6)V(4) particle-induced peri-implant osteolysis by promoting expression of TNF-alpha. Biochem Biophys Res Commun. 473 (1), 133-139 (2016).
- Wang, Z., et al. ER Stress Mediates TiAl6V4 Particle-Induced Peri-Implant Osteolysis by Promoting RANKL Expression in Fibroblasts. PLoS One. 10 (9), e0137774 (2015).
- Wang, Z., et al. TiAl6V4 particles promote osteoclast formation via autophagy-mediated downregulation of interferon-beta in osteocytes. Acta Biomater. 48, 489-498 (2017).
- Chen, S., et al. Lycorine suppresses RANKL-induced osteoclastogenesis in vitro and prevents ovariectomy-induced osteoporosis and titanium particle-induced osteolysis in vivo. Sci Rep. 5, 12853 (2015).
- Neuerburg, C., et al. The role of calcitonin receptor signalling in polyethylene particle-induced osteolysis. Acta Biomater. 14, 125-132 (2015).
- Catelas, I., Jacobs, J. J. Biologic activity of wear particles. Instr Course Lect. 59, 3-16 (2010).
- Liu, A., et al. The biological response to nanometre-sized polymer particles. Acta Biomater. 23, 38-51 (2015).
