Summary

Bel Omurgası Kararsızlığının Fare Modeli

Published: April 23, 2021
doi:

Summary

L3–L5 spinli süreçlerin yanı sıra supra ve spinler arası bağlar ve paraspinöz kasların kopması ile bel intervertebral disk dejenerasyon fare modeli geliştirdik.

Abstract

Intervertebral disk dejenerasyonu (IDD), bel ağrısına yol açan yaygın bir patolojik değişikliktir. Patolojik süreçleri anlamak ve yeni ilaçların değerlendirilmesi için uygun hayvan modelleri istenmek istenmemektedir. Burada ameliyat sonrası 1 haftadan itibaren IDD geliştiren cerrahi olarak indüklenen bel omurga instabilitesi (LSI) fare modelini tanıttık. Ayrıntılı olarak, anestezi altındaki fare bel derisi kesisi, L3–L5 dikenli işlemler maruz kalma, paraspinöz kasların dekupsiyonu, süreçlerin ve bağların rezeksiyonu ve cilt kapanması ile ameliyat edildi. Gözlem için L4-L5 IVD’ler seçildi. LSI modeli erken evrede gözeneklilik ve uç plakalarda hipertrofi, intervertebral disk hacminde azalma, bir ara aşamada çekirdek pulposusunda büzülme ve daha sonraki bir aşamada bel omurlarında (L5)kemik kaybı ile bel IDD’si geliştirir. LSI fare modeli, güçlü çalışabilirlik, özel ekipman gereksinimi, tekrarlanabilirlik, ucuz ve nispeten kısa IDD geliştirme süresi avantajlarına sahiptir. Bununla birlikte, LSI operasyonu hala operasyon sonrası ilk hafta içinde inflamasyona neden olan bir travmadır. Bu nedenle, bu hayvan modeli bel IDD’nin incelenmesi için uygundur.

Introduction

Intervertebral disk dejenerasyonu (IDD) yaşlanmada ve hatta gençlerde birçok faktörün neden olduğu yaygın olarak görülür1. IDD’den muzdarip, bel ağrısına ve hareket bozukluğuna neden olan hastalar için cerrahi, genellikle daha sonraki bir aşamada veya ciddi vakalarda gerçekleştirilir ve nonunion veya enfeksiyon gibi potansiyel riskleri vardır2. İdeal ameliyatsız tedavi, IDD mekanizmasının kapsamlı bir şekilde anlaşılmasını gerektirir. IDD hayvan modeli, IDD mekanizmasının çalışmaları ve IDD tedavisinin değerlendirilmesi için çok önemli bir araç olarak hizmet vermektedir.

Primatlar, koyunlar, keçiler, köpekler ve tavşanlar gibi IDD modelleri için, insan anatomik yapısına büyük ölçüde benzerlikleri ve omurgalararası disklerin (IVD) büyüklüğü açısından güçlü çalışabilirlikleri nedeniyle daha büyük hayvanlar seçilmiştir3,4,5 ,6,7,8. Ancak, bu hayvan modelleri zaman alıcı ve maliyet yoğun9. Fare IVD, en boy oranının geometrik ölçümlerine, çekirdek pulposus’un disk alan oranına ve normalleştirilmiş yükseklik10’adayanarak insan IVD’nin zayıf bir temsilidir. Boyut farklılığına rağmen, fare bel IVD segmenti sıkıştırma ve burulma sertliği11gibi insan IVD’ye benzer mekanik özellikler sergiler. Ek olarak, fare IDD modeli düşük maliyetli, nispeten kısa IDD geliştirme avantajına sahiptir ve genetiği değiştirilmiş hayvanlar ve antikorlar için daha fazla seçenek daha fazla mekanistik çalışmalarda kullanılır12,13,14,15.

Deneysel kaynaklı IDD modelleri indükleyicilerden ve uygulamalardan farklılık gösterir. Örneğin, kollajenaz kaynaklı hücre dışı matris (ECM) dejenerasyonu ECM rejenerasyon araştırması için uygundur16. Genetiği değiştirilmiş fenotip, IDD sürecinde ve genetik tedavilerde gen fonksiyonunu incelemek için uygundur17. Annulus fibrosus kesi ve duman modelleri travmayı taklit eder ve inflamasyona neden olmayan IDD12,18.

Spinal instabilite (SI), optimal denge durumunda olmayan dengesiz bir omurgaya yol açar. Bağlar ve kaslar gibi çevredeki destekleyici dokunun zayıflığı nedeniyle bel hareket segmentinin anormal hareketinden kaynaklanabilir. Spinal füzyon operasyonu sonrası da yaygın olarak görülür19. SI, IDD’nin ana nedeni olarak kabul edilir. Bu nedenle, insan kimliği sürecini taklit eden bir SI fare modeli (bel omurgasına odaklanmış) geliştirmeyi hedefliyoruz20,21.

Protokolde, lupraspinous ve interspinous ligamentler (Şekil 1A,B)ile birlikte bel üçüncü (L3) ile lomber beşinci (L5)spinli süreçlerin rezeksiyonu ile lomber spinal instabilite (LSI) fare modeli kurma prosedürünü getirdik. Hayvan modeli, hipertrofi ve endplatlarda (EPs) gözeneklilik ile gösterildiği gibi ameliyat sonrası 1 haftalık kadar erken bir sürede IDD geliştirir. IVD hacmi, ameliyat sonrası 2 hafta ile 16 hafta arasında azalmaya başlar ve bu da IDD derecesini gösterir. Ayrıntılı ve görselleştirilmiş prosedürün araştırmacıların laboratuvarlarında LSI fare modelini kurmaları ve gerektiğinde IDD araştırmalarına başvurmaları için yararlı olduğuna inanıyoruz.

Protocol

Açıklanan araştırmalar, Ulusal Sağlık Enstitüleri Laboratuvar Hayvanlarının Bakımı ve KullanımıNa ilişkin Yönergelere uygundur ve Şanghay Geleneksel Çin Tıbbı Üniversitesi Hayvan Bakım ve Kullanım Komitesi tarafından onaylanmıştır. Tüm cerrahi manipülasyonlar derin anestezi altında yapıldı ve hayvanlar işlem sırasında herhangi bir aşamada ağrı yaşamadı. 1. Operasyon öncesi hazırlık Alet sterilizasyonu: Ameliyattan önce bir otoklavda (15 daki…

Representative Results

LSI fare modeli, IDD mekanizması, IDD tedavisi, skleroz gibi uç plaka (EP) dejenerasyonu ve EP 20 ,21 , 22,23’teduyusal innervasyon çalışmalarında uygulanır. LSI fare, tanımlanacağı gibi, azaltılmış IVD hacmi ve yüksekliği, artan EP hacmi ve artan IVD ve EP puanları ile IDD ve EP dejeneratif değişiklikler geliştirir. Diseksiyonlu ve sabit alt toras…

Discussion

Bel omurgası instabilite fare modelini, omurlardan gelen arka paravertebral kasların koptuğu ve supraspinous ve interspinous ligamentlerle birlikte dikenli süreçlerin resected edildiği servikal spondilyoz fare modeline dayanarak geliştirdik25. Daha belirgin dikenli süreçlere sahip bel omurgasına da benzer bir operasyon gerçekleştirdik. LSI fare modeli bel omurgasında benzer bir IDD geliştirdi.

LSI modelinin avantajları arasında güçlü çalışabilirlik…

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Bu çalışma Çin Bilim ve Teknoloji Bakanlığı’ndan Çin Ulusal Doğa Bilimleri Vakfı (81973607) ve Temel İlaç Araştırma ve Geliştirme (2019ZX09201004-003-032) tarafından desteklendi.

Materials

Chlortetracycline Hydrochloride Eye Ointment Shanghai General Pharmaceutical Co., Ltd. H31021931 Prevent eye dry, Prevent wound infection
C57BL/6J male mice Tian-jiang Pharmaceuticals Company (Jiangsu, CN) SCXK2018-0004 Animal model
Disposable medical towel Henan Huayu Medical Devices Co., Ltd. 20160090 Platform for surgical operation
Inhalant anesthesia equipment MIDMARK Matrx 3000 Anesthesia
Isoflurane Shenzhen RWD Life Technology Co., Ltd. 1903715 Anesthesia
Lidocaine hydrochloride Shandong Hualu Pharmaceutical Co., Ltd. H37022839 Pain relief
Medical suture needle Shanghai Pudong Jinhuan Medical Products Co., Ltd. 20S0401J Suture skin
Ophthalmic forceps Shanghai Medical Devices (Group) Co., Ltd. Surgical Instruments Factory JD1050 Clip the skin
Ophthalmic scissors(10cm) Shanghai Medical Devices (Group) Co., Ltd. Surgical Instruments Factory Y00030 Skin incision
silk braided Shanghai Pudong Jinhuan Medical Products Co., Ltd. 11V0820 Suture skin
Small animal trimmer Shanghai Feike Electric Co., Ltd. FC5910 Hair removal
Sterile surgical blades(12#) Shanghai Pudong Jinhuan Medical Products Co., Ltd. 35T0707 Muscle incision
Veet hair removal cream RECKITT BENCKISER (India) Ltd NA Hair removal
Venus shears Mingren medical equipment Length:12.5cm Clip the muscle and spinous process

References

  1. Makino, H., et al. Lumbar disc degeneration progression in young women in their 20’s: a prospective ten-year follow up. Journal of Orthopaedic Science: Official Journal of the Japanese Orthopaedic Association. 22 (4), 635-640 (2017).
  2. Lee, Y. C., Zotti, M. G. T., Osti, O. L. Operative management of lumbar degenerative disc disease. Asian Spine Journal. 10 (4), 801-819 (2016).
  3. Wei, F., et al. In vivo experimental intervertebral disc degeneration induced by bleomycin in the rhesus monkey. BMC Musculoskeletal Disorders. 15, 340 (2014).
  4. Lim, K. Z., et al. Ovine lumbar intervertebral disc degeneration model utilizing a lateral retroperitoneal drill bit injury. Journal of Visualized Experiments: JoVE. (123), e55753 (2017).
  5. Zhang, Y., et al. Histological features of the degenerating intervertebral disc in a goat disc-injury model. Spine. 36 (19), 1519-1527 (2011).
  6. Bergknut, N., et al. The dog as an animal model for intervertebral disc degeneration. Spine. 37 (5), 351-358 (2012).
  7. Kong, M. H., et al. Rabbit Model for in vivo Study of Intervertebral Disc Degeneration and Regeneration. Journal of Korean Neurosurgical Society. 44 (5), 327-333 (2008).
  8. Gullbrand, S. E., et al. A large animal model that recapitulates the spectrum of human intervertebral disc degeneration. Osteoarthritis and Cartilage. 25 (1), 146-156 (2017).
  9. Jin, L., Balian, G., Li, X. J. Animal models for disc degeneration-an update. Histology and Histopathology. 33 (6), 543-554 (2018).
  10. O’Connell, G. D., Vresilovic, E. J., Elliott, D. M. Comparative intervertebral disc anatomy across several animal species. 52nd Annual Meeting of the Orthopaedic Research Society. , (2006).
  11. Elliott, D. M., Sarver, J. J. Young investigator award winner: validation of the mouse and rat disc as mechanical models of the human lumbar disc. Spine. 29 (7), 713-722 (2004).
  12. Ohnishi, T., et al. In vivo mouse intervertebral disc degeneration model based on a new histological classification. Plos One. 11 (8), 0160486 (2016).
  13. Vo, N., et al. Accelerated aging of intervertebral discs in a mouse model of progeria. Journal of Orthopaedic Research. 28 (12), 1600-1607 (2010).
  14. Oichi, T., et al. A mouse intervertebral disc degeneration model by surgically induced instability. Spine. 43 (10), 557-564 (2018).
  15. Ohnishi, T., Sudo, H., Tsujimoto, T., Iwasaki, N. Age-related spontaneous lumbar intervertebral disc degeneration in a mouse model. Journal of Orthopaedic Research. 36 (1), 224-232 (2018).
  16. Stern, W. E., Coulson, W. F. Effects of collagenase upon the intervertebral disc in monkeys. Journal of Neurosurgery. 44 (1), 32-44 (1976).
  17. Silva, M. J., Holguin, N. LRP5-deficiency in OsxCreERT2 mice models intervertebral disc degeneration by aging and compression. bioRxiv. , (2019).
  18. Nemoto, Y., et al. Histological changes in intervertebral discs after smoking and cessation: experimental study using a rat passive smoking model. Journal of Orthopaedic Science: Official Journal of the Japanese Orthopaedic Association. 11 (2), 191-197 (2006).
  19. Mulholland, R. C. The myth of lumbar instability: the importance of abnormal loading as a cause of low back pain. European Spine Journal. 17 (5), 619-625 (2008).
  20. Bian, Q., et al. Mechanosignaling activation of TGFβ maintains intervertebral disc homeostasis. Bone Research. 5, 17008 (2017).
  21. Bian, Q., et al. Excessive activation of tgfβ by spinal instability causes vertebral endplate sclerosis. Scientific Reports. 6, 27093 (2016).
  22. Ni, S., et al. Sensory innervation in porous endplates by Netrin-1 from osteoclasts mediates PGE2-induced spinal hypersensitivity in mice. Nature Communications. 10 (1), 5643 (2019).
  23. Liu, S., Cheng, Y., Tan, Y., Dong, J., Bian, Q. Ligustrazine prevents intervertebral disc degeneration via suppression of aberrant tgfβ activation in nucleus pulposus cells. BioMed Research International. 2019, 5601734 (2019).
  24. Boos, N., et al. Classification of age-related changes in lumbar intervertebral discs: 2002 Volvo Award in basic science. Spine. 27 (23), 2631-2644 (2002).
  25. Miyamoto, S., Yonenobu, K., Ono, K. Experimental cervical spondylosis in the mouse. Spine. 16, 495-500 (1991).

Play Video

Cite This Article
Liu, S., Sun, Y., Dong, J., Bian, Q. A Mouse Model of Lumbar Spine Instability. J. Vis. Exp. (170), e61722, doi:10.3791/61722 (2021).

View Video