Summary
Den nuværende protokol beskriver de kontrollerede mikroblade ridser på overfladen af ledbrusk efter destabilisering af museknæet ved at skære det mediale miniscotibial ledbånd. Denne dyremodel præsenterer en accelereret form for slidgigt (OA), der er egnet til at studere osteofytdannelse, osteosklerose og smerter i det tidlige stadium.
Abstract
Slidgigt er den mest udbredte muskuloskeletale sygdom hos mennesker over 45 år, hvilket fører til stigende økonomiske og samfundsmæssige omkostninger. Dyremodeller bruges til at efterligne mange aspekter af sygdommen. Den nuværende protokol beskriver destabiliserings- og bruskskrabemodellen (DCS) af posttraumatisk slidgigt. Baseret på den udbredte destabilisering af den mediale menisk (DMM) model introducerer DCS tre ridser på bruskoverfladen. Den nuværende artikel fremhæver trinene til at destabilisere knæet ved at transecting det mediale meniscotibial ledbånd efterfulgt af tre forsætlige overfladiske ridser på ledbrusk. De mulige analysemetoder ved dynamisk vægtleje, mikrocomputertomografi og histologi demonstreres også. Mens DCS-modellen ikke anbefales til studier, der fokuserer på effekten af slidgigt på brusk, muliggør den undersøgelse af slidgigtudvikling i et kortere tidsvindue med særligt fokus på (1) osteofytdannelse, (2) slidgigt og skadessmerter og (3) effekten af bruskskader i hele leddet.
Introduction
Slidgigt (OA) er den mest udbredte muskuloskeletale sygdom hos mennesker over 45 år, hvor over 8,75 millioner søger behandling i Storbritannien1. Den stigende forekomst af sygdommen har ført til øgede økonomiske og samfundsmæssige omkostninger, er en stor bidragyder til handicap og reducerer livskvaliteten for patienter1. Uden tilgængelige behandlinger er der et presserende behov for at fremskynde forskningen for at forstå sygdommens udvikling og progression. Sygdommen er kompleks og også multifaktoriel i sin natur. De vigtigste kliniske målinger af sygdommen er smerte og ledmobilitet2, og OA påvirker alle væv i leddet, ikke kun brusk3. En af de største udfordringer ved at forstå OA er, at det kan tage år, nogle gange årtier, fra den første præsentation / skade til symptomatisk sygdomsprogression med smerte og immobilitet.
Modellering af slidgigt hos gnavere har forbedret vores viden om OA patofysiologi ved at give os mulighed for at forstå initiering og progression i en meget kortere tidsramme og med en detaljeret undersøgelse af de involverede væv. Der er mange murine modeller af slidgigt, fra genetisk modificerede dyr til kirurgiske indgreb modeller. Den mest anvendte murinemodel af posttraumatisk OA er destabiliseringen af den mediale menisk (DMM)4,5. En advarsel ved modellen er variabiliteten mellem forskellige operatører. Erfarne kirurger kan udføre proceduren med minimal ledskade, mens uerfarne operatører udsætter ledkapslen i længere tid og forårsager skade på brusk. Denne variation i processen påvirker sværhedsgraden af modellen, med mere indledende skade, der fører til øget bruskskadescore og osteofytdannelse. Med det formål at reducere variationen mellem operatører og efterligne bruskskader fra klinisk intervention udvikles en modificeret version af denne model, hvorved kontrolleret yderligere skade på bruskoverfladen i form af tre overfladiske ridser påføres6. Dette tillader også modellering af OA-progressionen som følge af bruskskader forårsaget af nogle kliniske interventioner. Sammenlignet med standard DMM-modellen resulterer den direkte inducerede bruskskade i konsekvent accelereret fremspringende osteofytdannelse, øget bruskskader og betændelse og målbare surrogatsmerter hos hanmus.
Denne model er særligt velegnet til undersøgelse af posttraumatisk OA i tidlig fase med fokus på osteofytdannelse, smertepræsentation (hos hanmus), synovitis og tidlige ændringer i knogleparametre. Konsistensen af osteofytdannelse i denne model gør det relevant at studere knoglereparation og endokondral ossifikation, da osteofytdannelse er en reparationsproces via endokondral ossifikation7. Modellen efterligner også skader, der indføres direkte på brusken under kliniske indgreb, såsom artroskopiske kirurgiske indgreb, og den er derfor også velegnet til undersøgelse af bruskskaders virkning på hele leddet.
Protocol
Alle forsøgsprocedurer blev godkendt af Ethical Review Panel ved University of Glasgow og University of the West of Scotland og udført i henhold til retningslinjerne fra Animals (Scientific Procedures) Act 1986 (UK). 10 uger gamle C57Bl6/J hanmus, der vejer omkring 25 g, blev brugt til denne undersøgelse. Musene blev hentet fra kommercielle kilder (se Materialetabel).
1. Tilberedning af dyr
BEMÆRK: Overvej musekøn med hensyn til formålet med undersøgelsen, da posttraumatiske OA-modeller viser vigtige forskelle afhængigt af køn 8,9,10.
- Sørg for, at bedøvelsesreagenset (2% isofluran) er klar.
BEMÆRK: Injicerbar anæstesi kan også bruges11. I betragtning af operationens hurtige varighed anbefales brug af inhalationsanæstesi. - Brug en separat sham-opereret aldersmatchet gruppe som kirurgisk kontrol.
BEMÆRK: Det kontralaterale knæ må ikke bruges som kirurgisk kontrol (skinoperation på det kontralaterale ben). Dette kan have problemer med hensyn til dyrevelfærd, og det vil sandsynligvis påvirke gang- og gangmålinger. Det kontralaterale knæ normaliserer iboende knogleparametre12 og fungerer som en parret sammenligning på fremkaldte smertetest13. - Brug skeletmodne mus.
BEMÆRK: Det meste litteratur inducerer OA ved 8-12 ugers alderen. I denne undersøgelse er musene 10 uger gamle.
2. Præoperativ pleje (udført af en kirurgisk assistent)
- Hvis det transporteres fra et andet anlæg, skal mus mindst 1 uge før kirurgisk indgreb tilpasse sig deres nye miljø.
- Udfør kirurgi i et passende udpeget sterilt rum, og sørg for, at alle overflader er sterile (brug f.eks. Sterile gardiner til at dække kirurgiske områder).
BEMÆRK: Operationen er aseptisk. - Arranger og læg sterile instrumenter på sterile gardiner.
- Vej musen.
- Inducer anæstesi ved at indføre musen i et bedøvelsesbur og derefter introducere 2% isofluoran i op til 15 minutter ved hjælp af en standard bedøvelsesrig (se Materialetabel).
BEMÆRK: Buret må ikke have "restvedisk" anæstesi, før musen introduceres. - Når du er bedøvet, skal du tage musen ud af bedøvelseskammeret og klippe pelsen over knæet, forsiden og siden fra midten af skinnebenet til midten af låret med små hårklippere.
BEMÆRK: Valget af baglårsknæ er op til operatørens præference på hvilken side de finder lettere at udføre operationen. Denne protokol fungerede på venstre ben. - Sørg for, at musen er fuldt bedøvet (reagerer ikke på at klemme foden).
- Desinficer huden ved at anvende antibakteriel hudrensning (f.eks. indeholdende chlorhexidin eller iodophor, se Materialetabel) på barberet udsat hud.
- Til analgesi administreres 0,05 mg/kg buprenorphin subkutant.
- Placer musen på dorsalsiden, lad knæet opereres opad, og placer musenæsen i dysen, der er forbundet med bedøvelsesriggen.
- Dæk musen med en steril drapering med en lille nøglehulsåbning.
- Placer benet, der skal opereres, med knæet bøjet på mindre end 90 °, med patellarbåndet vendt opad og foden immobiliseret med kirurgisk tape.
3. Destabilisering af den mediale meniskprocedure efterfulgt af bruskridskrab
- Juster mikroskopet for at fokusere på patellarbåndet.
- Klem knæets hud på sidesiden med savtakket tang (se Materialetabel), lav et lille snit parallelt med den distale patellar sene ved hjælp af kirurgisk saks, indfør saksen og udvid snittet til ca. 1 cm. Flyt huden over til den mediale side, udsæt patellar ledbåndet og det proksimale tibiale plateau (figur 1).
- Med et nummer 11 blad skal du lave et snit langs den mediale side af patellarbåndet, fra toppen til bunden af ledbåndet (figur 1A). Når du når bunden af patellarbåndet, skal du dreje bladet 90 ° og forlænge snittet væk fra det patellar ledbånd mod den mediale side for at få adgang til ledkapslen.
BEMÆRK: Blødning kan forekomme i dette eller de efterfølgende trin. Hvis der opstår blødning, skal du bruge en steril bomuldsknop og anvende tryk et par sekunder (5 til 30 s). - Klem patellar ledbåndet med stump spids tang og drej håndleddet for at flytte patellar ledbåndet til lateral side, lige nok til at udsætte den infrapatellar fedtpude (IFP).
BEMÆRK: For at minimere skader på patellarbåndet skal du ikke holde pincetten for tæt, bare tilstrækkelig til at holde ledbåndet til siden. - Mens du stadig holder det patellar ledbånd let, skal du klemme IFP med mikropincet (se Materialetabel) for at hæve det og flytte det lidt opad. Dette gør det muligt at visualisere det mediale meniskusbånd.
- Identificer det mediale meniscotibial ligament (MMTL) af den mediale meniskus, som forankrer kranialhornet på den mediale meniskus til det forreste tibiale plateau (figur 1B).
- Undgå skader og langvarig bruskeksponering på tibialplateauet eller lårbenet.
- Skær forsigtigt MMTL'en over med en lille 2 mm vinge Vannas fjedersaks, så den mediale menisk og andre ledbånd forbliver intakte. På dette tidspunkt er den kirurgiske procedure for DMM-modellen afsluttet (figur 1C).
- Med en 3 mm mikrokirurgisk kniv markeres tre jævnt fordelte fordybninger på den tibiale ledbrusk i en retning fra den bageste til den forreste del.
BEMÆRK: Scorerne er ca. 1 mm lange og beskadiger kun bruskens overflade (figur 2D).- Brug ikke overdreven kraft med bladet på brusk (dvs. sørg for, at ridserne er overfladiske). Dette ekstra trin påfører bruskskader og inducerer DCS-modellen.
- Luk huden med to eller tre små 7 mm sårlukningsmetalklemmer eller absorberbare 6-0 subdermale kirurgiske suturer (se Materialetabel).
BEMÆRK: Subdermale kirurgiske suturer er bedre, da de undgår yderligere indgreb, men de forlænger operationens varighed. Eksterne suturer øger risikoen for såråbning ved musenes gnave. - Identificer det mediale meniscotibial ledbånd af den mediale meniskus til falsk kirurgi, men skær ikke.
- For mus, der kun får bruskrid, skal du lave de tre overfladiske ridser uden at skære ledbåndet over.
BEMÆRK: Mellem hver mus skal du skifte handsker og sterilisere instrumenter via autoklave. Husk at tjekke, at instrumenterne er afkølet inden genbrug.
4. Postoperativ pleje
- Hvis der er opstået blødning (>50 uL), injiceres 500 μL varmt sterilt saltvand subkutant (på bagsiden af musen).
BEMÆRK: Efter vores erfaring, selvom mus har mindre blødninger, er det aldrig mere end en lille dråbe, og derfor behøver væsker ikke at blive genopfyldt. - Efter operationen skal du placere musen i et genopretningsbur på et rent papirvæv og tillade genopretning fra anæstesi (5-10 minutter).
- Overfør de fuldt bevidste mus til et rent bur med frisk sengetøj efter operationen.
- I 72 timer efter kirurgisk indgreb skal du overvåge for tegn på smerte eller nød. Vær opmærksom på:
- Ændringer i kropsvægt. Selvom kropsvægten kan falde på den første og anden dag, er dette normalt ikke mere end 5% af den prækirurgiske kropsvægt.
- Generel mangel på pleje eller overpleje omkring snittet.
- Tegn på generel sundhedsforringelse, såsom bøjet kropsholdning, ansigts grimasse og / eller unormal åndedræt.
- Sårinfektion som angivet ved hævelse, udledning eller åbning af såret.
BEMÆRK: Infektion kan forekomme, hvis det kirurgiske sår åbnes. Da kirurgisk sårreparation (f.eks. udskiftning af manglende metalclips eller gensuturering) er en reguleret procedure, skal du sikre dig, at der opnås relevant godkendelse, inden reparationer udføres.
- Fjern metalclips mellem 5-7 dage efter operationen.
- Vedligehold mus typisk 2-52 uger postoperativt afhængigt af studiedesignet.
- Evaluer smerter / gang på ethvert tidspunkt i løbet af undersøgelsen.
BEMÆRK: Denne undersøgelse anvender dynamisk vægtleje som beskrevet i trin 5.1. - Afliv dyret ved en godkendt metode i henhold til de nationale licensaftaler, lokale retningslinjer og eksperimentel godkendelse.
BEMÆRK: I denne undersøgelse blev dyrene aflivet via exsanguination (hjertepunktur) under terminal anæstesi efterfulgt af cervikal dislokation14.
5. Evaluering af osteoarthritic sygdom
- Mål dynamisk vægtleje som en surrogatmåling af smerte ved at følge nedenstående trin.
BEMÆRK: Da mus er byttedyr, har de en tendens til at skjule smerteadfærd. Dette gør måling af smerte vanskelig. Der er mange måder at måle fremkaldt smerte på, såsom Von Frey15 og ganganalyse16. Denne undersøgelse målte differensbelastningen mellem det opererede slidgigtbelagte ben og det ikke-opererede kontrolben på en trykmåtte, mens musen var i et bur (se materialetabellen, figur 2A).- Vej musen. Tjare og kalibrer trykmåtten i henhold til producentens specifikke anvisninger (se Dynamisk vægtbærende udstyr i Materialetabel). Indfør musen i buret.
- Optag bevægelse og potetryk af musen i buret i 5 min. Analyser erhvervede data for at validere 1 minut efter producentens anvisninger.
BEMÆRK: Producentens automatiserede analyse af DWB-software (se dynamisk vægtbærende udstyr i Materialetabel) giver målinger på hver pote i forhold til den samlede kropsvægt, mængden af den validerede tid, som hver pote forblev på måtten, og et skøn over måtteområdet optaget af hver pote. Dette gør det muligt at beregne differentialbelastningen mellem de to bagpoter, differentialbelastningen mellem for- og bagpoterne, en stigning i forpotebelastningen (hvis den samme mus er blevet målt over en periode), den tid, der bruges til at løfte OA-benet i forhold til det kontralaterale ben og poteoverfladen.
- Kvantificere forkalket væv gennem mikrocomputertomografi (μCT).
BEMÆRK: Selvom subkondral knogle osteosklerose og osteofytdannelse kan måles i histologiske sektioner, giver μCT mulighed for at kvantificere tredimensionelt. Opløsningen af billedoptagelse i μCT ved 5 μm er tilstrækkelig, da dette muliggør visualisering af mindre strukturer såsom osteofytterne, selvom jo højere opløsning, jo bedre.- Fastgør knæled i 4% paraformaldehydopløsning i 24 timer, og overfør derefter til 70% EtOH.
- Scan knæled i en μCT-scanner.
BEMÆRK: I denne undersøgelse blev prøverne scannet på en μCT-scanner (se Materialetabel) med et 0,5 aluminiumsfilter indstillet til 50 kV og 200 μA. Prøverne blev undersøgt ved en voxelstørrelse på 4,5 μm; 2 μm, 0,2 ° rotationsvinkel til billeddannelse og 0,5 ° rotationsvinkel til kvantificering. - Rekonstruer scanninger for at tillade 3D-visualisering. De scanninger, der præsenteres her, blev rekonstrueret ved hjælp af kompatibel software (se Materialetabel).
- Analyser subkondral knoglesklerose (figur 2B) ved at følge nedenstående trin.
- Vælg et volumen af interesse (VOI) på 0,5 mm × 0,9 mm × 0,9 mm i midten af belastningen af det mediale tibiale plateau17.
- Normaliser mod musens iboende knoglefænotype ved at analysere det ikke-opererede ben.
- Bestem den subkondrale knogletæthed og mikroarkitektur ved at vælge en interesseregion (ROI), der afgrænser den trabekulære struktur inden for tibial epifyse, den subkondrale plade eller den samlede subkondrale knogle i den todimensionelle koronale visning af stakken ved hjælp af CTan-software (se Materialetabel).
BEMÆRK: Efterhånden som sygdommen skrider frem, bliver adskillelsen mellem subchondralpladen og subchondral trabecular region vanskeligere at skelne. Det anbefales derefter at analysere området af subchondral knogle valgt fra ledrummet til vækstpladen.
- Kvantificer osteofytter (figur 2C) ved at følge nedenstående trin.
- Identificer osteofytter i de rekonstruerede tredimensionelle billedstakke ved hjælp af CTvol-software (se Materialetabel).
BEMÆRK: Mineraliserede osteofytter er fremspring svarende til vævet knogle, der er synlig på den mediale side af subchondralbenet18. Et eksempel på disse er angivet med gule pile i figur 2C. - Tæl manuelt antallet af identificerede osteofytter i den mediale side af knæleddet.
- Mål osteofytvolumen i 2D sekventiel billedanalyse (ved hjælp af CT-analysatoren) ved at afgrænse kanten af osteofytter manuelt og stikke ud fra den subkondrale plade som interesseområde (ROI) til analyse.
- Beregn osteofytknogletæthed som forholdet mellem knoglevolumen over osteofytvolumen ved hjælp af CT-analysatorsoftwaren (se Materialetabel).
- Identificer osteofytter i de rekonstruerede tredimensionelle billedstakke ved hjælp af CTvol-software (se Materialetabel).
- Evaluer bruskskader og synovitis (figur 2D) i henhold til OARSI bruskskadescore19 og synovitis score20 på paraffinindlejrede 6 μm sektioner.
- Efter scanning afkalkes knæleddene i 10% EDTA ved 4 °C i mindst 2 uger og skifter opløsning to gange om ugen.
- Integrer prøver i paraffin. For behandlinger og inkubationsperioder, se supplerende fil 1.
- Skær 5 μm koronale sektioner af paraffinindlejrede prøver på et roterende mikrotom (se Materialetabel).
- Vælg sektioner i det område, hvor tibial- og lårbenskondylerne mødes (figur 2D). Vælg to sektioner i tre lige store områder af leddet.
BEMÆRK: Sektioner scoret i denne undersøgelse blev valgt i områder 80-100 μm fra hinanden. - Pletsektioner med Safranin-O og Fast green (se Materialetabel) efter nedenstående trin.
- Deparaffiniser sektioner ved at nedsænke dem (i den nævnte rækkefølge) i Xylen i 5 min (2x), 100% ethanol i 2 min, 95% ethanol i 2 min, 80% ethanol i 2 min. og 70% ethanol i 2 min.
- Plet med filtreret hæmatoxylin (se materialetabel) i 30 s. Skyl derefter ledningsvand i 5 minutter (tre gange).
- Vask med Scotts buffer (2 g natriumbicarbonat og 10 g magnesiumsulfat i 1 liter destilleret vand) i 2 min. Skyl i 'ledningsvand' i 5 min (tre gange).
- Plet i 4 min med 0,2% Hurtig grøn. Dyp i 1% iseddike, fem gange (frisklavet hver session). Skyl hurtigt i ledningsvand.
- Plet i 5 min med 0,5% Safranin-O. Skyl 95% ethanol i. Dehydrere sektioner i 100% ethanol i 3 min efterfulgt af 3 min i Xylen.
- Score sektioner som angivet i Glasson et al. for brusk19 og Jackson et al. for synovitis20.
BEMÆRK: Der findes andre metoder til kvantificering, såsom den computerbaserede kvantificering af Pinamont et al.21. - Valider pointsystemet med to forskellige scorere, der er blinde for eksperimentet.
Representative Results
Den procentvise belastning pr. totalvægt af det bagerste betjente / OA-ben blev sammenlignet med det kontralaterale / kontrolben. Selvom andre parametre også kan give betydelige forskelle, som stigningen i forpotebelastning efter kirurgisk indgreb, indikerer en konsekvent ændring i bagpotebelastningen en præference for at bruge det ene ben frem for det andet og er en mere direkte indikator for betydeligt ubehag for musen på grund af OA-udvikling. Der var ingen signifikante ændringer i bagbensbelastningen i DMM-modellen inden for 8 uger efter induktion, mens DCS-mus favoriserer det kontralaterale / kontrolben signifikant 2 uger efter intervention (figur 3A).
Subkondral knogle blev analyseret ved at fokusere på volumenet under det mediale belastede område af tibialkondylen. Her vurderede vi knogletætheden i dette område ved at bestemme procentdelen af mineraliseret knogle inden for interesseområdet og beregnede forholdet mellem det kontralaterale og det ipsilaterale ben. Forholdet indikerer, at begge modeller har øget knogletæthed i det berørte lem (forhold over 1) 4 uger efter induktion (figur 3B). Fremkomsten af osteofytter er mere fremtrædende i DCS-modellen, hvor der er en signifikant stigning i antallet og volumen sammenlignet med DMM-modellen 2 uger efter intervention (figur 3C, D). DCS præsenterer forhøjet bruskskader i de mediale tibiale og lårbensrum og synovitis (figur 3E, F) 4 uger efter induktion.
Figur 1: Kirurgisk indgreb for at fremkalde posttraumatisk OA i musen. Sekventielle billeder repræsenterer de forskellige faser af proceduren. (A) Eksponering af ledkapsel, der skærer den overfladiske membran omkring knæet ved at indsætte et nummer 11 skalpelblad på den mediale side af patellarbåndet og væk fra ledbåndet. Dette vil udsætte den infrapatellar fedtpude. (B) Identifikation og transsektion af det mediale meniscotibial ledbånd. For at identificere ledbåndet skal du flytte patellarbåndet mod sidesiden og derefter skubbe fedtpuden opad. Dette giver mulighed for visualisering af ledbåndet som en lille vandret hvid linje lige over tibial kondylen (angivet her med en sort pil). For at skære ledbåndet placeres fjedersaksens nederste blad under ledbåndet og sørger for ikke at beskadige brusk. Flyt menisken mod den mediale side for at visualisere tibial condyle. (C) Ridser overfladen af den udsatte brusk og lukning af såret. For at ridse brusk indsættes mikrobladet mod den bageste side, hvor det kommer i kontakt med brusken og derefter bevæger sig fremad mod den forreste del af leddet. Når ridserne er færdige, skal du trække huden over knæet og lukke såret enten ved subdermal suturering eller med sårklemmer. Klik her for at se en større version af denne figur.
Figur 2: Evaluering af slidgigt i musen . (A) Dynamisk vægtleje består i at matche belastningen på en trykmåtte med den tilsvarende pote. Belastningen udtrykkes derefter som en procentdel af den samlede vægt. (B) Subkondrale knogler måles ved at vælge et volumen af interesse i belastningsområdet for den mediale tibiale kondyle og vælge den subkondrale plade eller trabekulære knogle. Disse billeder har en opløsning på 4,5 μm. (C) Osteofytter identificeres og kvantificeres i en tredimensionel visning af de erhvervede μCT-billeder. Mængden af osteofytter måles ved at vælge et investeringsafkast, der afgrænser kanten af osteofytten. Knogletætheden beregnes som knoglevolumen pr. Osteofytvolumen. De billeder, der præsenteres her, blev taget med en opløsning på 2 μm, men kvantificering udføres normalt med en opløsning på 4,5 μm. (D) Brusk- og synovitis-score er taget fra 6 μm sektioner farvet med Safranin-O og Fast green. En koronal sektion af museknæet, hvor alle kvadranter, markeret med en sort boks, er synlige for scoring, og en forstørrelse af den mediale side vises. Synovitisen omkring den mediale side af knæleddet er også synlig, især over og under den forskudte menisk. Klik her for at se en større version af denne figur.
Figur 3: Repræsentativ evaluering af OA i DMM- og DCS-modellerne. (A) DWB målt op til 8 uger efter induktion på eksperimenter udført af den samme ekspertoperatør. Belastningen udtrykkes som et forhold mellem den opererede/OA-belastning versus den kontralaterale/kontrolbelastning. Parrede t-tests af begge ben er også vist i Sham (grå), DMM (blå) og DCS (pink) modellerne. μCT-analyse 4 uger efter kirurgisk indgreb. (B) Subchondral knogle blev analyseret 4 uger efter kirurgisk indgreb og udtrykt som forholdet mellem ipsilateral over den kontralaterale % BV / TV. (C) Osteofytnummer og (D) osteofytvolumen blev analyseret 2 uger efter induktion. Histologisk evaluering 4 uger efter induktion af (E) bruskskader af den mediale tibial og lårbensartikulære brusk og (F) synovitis blev scoret med standardiserede metoder19,20. Data udtrykkes som gennemsnit ± standardafvigelse, n ≥ 5. Data blev sammenlignet ved gentagne målinger ANOVA med en Šídák testkorrektion (A), parret t-test (A) eller standard Student's t-test (B-F). *P < 0,05, **P < 0,01, ***P < 0,001, ns = ikke signifikant. Klik her for at se en større version af denne figur.
Supplerende fil 1: Behandlings- og inkubationstilstand for paraffinindlejring. Klik her for at se en større version af denne figur.
Discussion
For at udføre kirurgisk induktion af posttraumatisk slidgigt (PTOA) anbefales det kraftigt at støtte fra en assistent (f.eks. til at forberede musene, mens operatøren fokuserer på operationen). Dette letter aseptisk kirurgi og derved reducerer risikoen for infektioner og gør interventionen mere effektiv i store eksperimenter. Det er let at miste fokusplanet under operationen, så et mikroskop, der inkluderer pedaler til fokusering, er en værdifuld funktion til at hjælpe med at opretholde sterilitet under hele operationen. Musens og knæets position er afgørende. Knæet skal vende opad og tilstrækkeligt bøjet til at maksimere åbningen af knæleddet, hvilket letter lettere adgang til ledbåndet for at introducere mikrobladet til at ridse kondyleoverfladen. Det kan være udfordrende at identificere MMTL, især når fedtpuden er større end normalt, eller der er en lille blødning. For at undgå blødninger skal du skubbe fedtpuden opad for at forhindre tårer og efterfølgende blødning. Hvis fedtpuden er stor, kan det tage lidt længere tid, men fortsæt tålmodigt med at skubbe den opad.
MMTL er ret tæt på tibial condyle, så man skal passe på ikke at skade brusk, når man placerer det nederste blad på den buede fjedersaks under MMTL. De buede knive skal pege mod den mediale side og lidt opad, parallelt med kondylen. For den bedste sektionering af MMTL skal du sikre dig, at saksen er skarp. Kontroller, at menisken kan bevæge sig medialt efter at have skåret ledbåndet, da der nogle gange er en lille vedhæftning tilbage, der skal skæres yderligere. Når mikrobladet introduceres for at ridse kondylen, skal det være vinkelret på kondylen. Lav den første ridse tættere på midten af leddet, men pas på ikke at beskadige det forreste korsbånd. Flyt derefter mod den mediale side og derefter bag menisken. Ridserne kan være synlige som svage hvide streger på brusk. Fordi vi normalt bruger klip, udføres det indledende snit på den laterale side, så klemmerne placeres på siden af benet efter lukning af såret. Dette undgår klemmerne, der gnider knæet, når musen genvinder bevægelsen. Ved brug af suturer anbefales det kraftigt at bruge subdermale sting. Hvis du bruger eksterne sting, vil musene sandsynligvis gnave i stingene og åbne deres sår, hvilket vil øge chancerne for infektion. Når det gøres rigtigt, må denne operation ikke tage mere end 5-10 minutter fra snit til sårlukning, hvilket minimerer eksponeringen af brusk og eventuelle yderligere ukontrollerede skader, der måtte opstå. Efter operationen kommer musene sig meget hurtigt og kan næsten øjeblikkeligt klatre ind i buret og bevæge sig normalt rundt. Hvis musene ikke er aktive, skal den relevante ekspert i enheden konsulteres.
Til adfærdsmæssig evaluering af smerte blev dynamisk vægtbærende vurderet. Denne metode kan dog betragtes som mindre følsom end andre fremkaldte smertetest, såsom von Frey-test15. Det anbefales, at mere end én metode bruges til at overvåge og vurdere smerte. De ændringer, der blev observeret 2 uger efter intervention i DCS, selvom de er forbigående, indikerer en generelt nedsat belastning af OA-benet sammenlignet med det sunde ben. Derfor kan 2 uger efter DCS-intervention bruges til at evaluere tidlig osteoarthritisk eller skadessmerter i musemodeller. Visualisering af mineraliserede osteofytter ved μCT giver mulighed for tredimensionel kvantificering, som også kan matches med de histologiske afsnit12, hvilket tilføjer en anden dimension til undersøgelsen af osteofyts fremkomst og evolution. I vores gruppe var osteofytforekomsten variabel i DMM-modellen mellem og inden for operatører (2,3 ± 1 vs. 1,2 ± 1, n > 7, P = 0,0183), mens induktion af DCS robust førte til osteofytgenerering i alle tilfælde uanset operatøren (2,6 ± 0,7 vs. 2,4 ± 0,5, n > 7, P = 0,711). Der er også betydeligt flere og større osteofytter i DCS-modellen sammenlignet med DMM. DCS er således en ideel model til undersøgelse af osteofytdannelse. Kvantificering af osteosklerose begrænset til belastningsområdet for den subkondrale knogle er også en forbedring i påvisning af små ændringer. Sammenligning af det mediale rum i det opererede ben med det kontralaterale ben giver også en måde at normalisere mod den iboende knoglefænotype af den pågældende mus12. Tilsætningen af bruskridridserne i DCS-modellen er et kontrolleret middel til at fremkalde fokuseret bruskskade under operationen, der fremskynder mange af sygdommens aspekter. En af konsekvenserne af forsøgsproceduren, der involverer forsætlig skade på selve brusken, er, at denne artefaktskade skal udelukkes eller justeres i bruskklassificeringssystemet. På grund af denne begrænsning anbefaler vi ikke denne model, hvis undersøgelsens hovedformål er at forstå effekten af slidgigt på selve brusk. Endelig anbefales det også kraftigt at få mindst to blindede scorere til at bedømme bruskskader og synovitis-score. Dette validerer og forbedrer standardiseringen af scoringssystemerne.
En begrænsning ved denne undersøgelse er, at omfanget af variabilitet på tværs af alle parametre, der sammenligner DCS- og DMM-modellerne, ikke blev evalueret fuldt ud. Dette vil blive behandlet i fremtiden med mere omfattende undersøgelser, som også kunne omfatte en vurdering af variabiliteten mellem operatører fra forskellige institutioner.
Afslutningsvis tillader den accelererede OA-patogenese i den nuværende DCS-model repræsentation af posttraumatisk OA og giver et kraftfuldt og robust forskningsværktøj til at undersøge og belyse underliggende OA-patofysiologiske mekanismer, der driver denne kronisk svækkende ledsygdom. Derudover gør det det muligt at udforske OA i et kortere tidsvindue med fokus på osteophytogenese, OA-smerter og effekten af bruskskader på hele leddet.
Disclosures
Forfatterne har intet at afsløre.
Acknowledgments
Vi vil gerne anerkende Gemma Charlesworth og Mandie Priors arbejde ved University of Liverpool, der erhvervede μCT-billederne, der blev brugt i denne publikation. Arbejdet blev finansieret af Versus Arthritis (tilskud 20199 og 22483). Lynette Dunning er finansieret af Versus Arthritis (bevilling 20199). Kendal McCulloch blev finansieret af et UWS ph.d.-stipendium. Carmen Huesa blev finansieret af Versus Arthritis (tilskud 20199 og 22483).
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| #11 scalpel blade (and scalpel handle). | World precision instruments | 500240 | access the joint capsule |
| 15° Cutting Angle microsurgical stab knife | MSP | REF7503 | scratch the cartilage |
| 6-0 vicryl rapide | Any medical supplies provider | - | alternative method to close wound |
| Anaesthetic rig | Generic (many different suppliers) | - | |
| Antibacterial skin clenser (Hibiscrub) | Amazon | - | To sterilise surgical skin area |
| Applicator for 7 mm clips | World precision instruments | 500343 | close the wound |
| Balance | Generic (many different suppliers) | - | To weigh mouse |
| Blunt curved forceps | Fine science tools | 500232 | move the patellar ligament to the side |
| Buprenorphine (Vetergesic) | Supplied by unit as it is a prescription drug | - | Analgesia |
| CT analyser | Bruker | 3D.SUITE software | Software |
| Ctvol | Bruker | 3D.SUITE software | Software |
| Data viewer | Bruker | 3D.SUITE software | Software |
| Dynamic weight bearing equipment | Bioseb | BIO-DWB-DUAL | Measure limb loading and has cage, pressure matt and software for analysis |
| EDTA | Merck | E9884 | 10% solution in PBS (or water) to decalcify bone pH 7.4 |
| Ethanol | Generic (many different suppliers) | - | for embedding decalcified bones |
| Fast Green FCF | Merck | F7252 | For staining sections |
| Glacial acetic acid | Merck | 1005706 | For stianing sections |
| Haematoxylin solution | Merck | GHS132 | Nuclear staining in paraffin sections. |
| Hoskins #21 micro-tweezers. | Cameron surgical limited | PHF1085 | move the fat pad |
| Isofluorane | Supplied by unit as it is a prescription drug | - | |
| Mice | Charles river | - | C57Bl6/J male 8 weeks old (to allow acclimatisation in the unit) |
| Microcomputed tomography scanner | Bruker | SKYSCAN 1272 CMOS | µCT |
| Micropore surgical paper tape | FisherScientific | 12787597 | hold leg in position |
| Paraffin wax | Generic (many different suppliers) | - | for embedding decalcified bones |
| Reflex 7 mm stainless steel wound clips or | Fine science tools | 12032-07 | close the wound |
| Remover for 7 mm clips | World precision instruments | 500347 | remove wound clips |
| Rotary Microtome | Generic (many different suppliers) | - | To cut section of Paraffin embedded tissue. |
| Safranin-O | Merck | S2255 | For staining sections |
| Serrated curved forceps | Fine science tools | 15915 | hold the skin |
| Sterile Drape | Generic (many different suppliers) | - | To ensure sterility of surgical area |
| Sterile Drape with key hole | Generic (many different suppliers) | - | To cover mouse and expose leg |
| Sterile saline | Generic (many different suppliers) | ||
| Sterile surgical drape | Generic (many different suppliers) | - | maintain sterile environment for surgical tools |
| Sterile surgical drape with key hole | Generic (many different suppliers) | - | cover the mouse and keep leg through key hole |
| Straight Scissors | World precision instruments | 14393 | open the wound |
| Surgical microscope. | Generic (many different suppliers) | - | Adjustable focus. |
| Vannas spring scissors with 2 mm blades. | Fine science tools | 15000-04 | cut the MMTL |
| Xylene | Generic (many different suppliers) | - | for embedding decalcified bones |
References
- Arthritis Research UK. The State of Musculoskeletal Health 2018. Arthritis Research UK. , (2018).
- Mahir, L., et al. Impact of knee osteoarthritis on the quality of life. Annals of Physical and Rehabilitation Medicine. 59, 159 (2016).
- Chen, D., et al. Osteoarthritis: toward a comprehensive understanding of pathological mechanism. Bone Research. 5, 16044 (2016).
- 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. Osteoarthritis and Cartilage. 15 (9), 1061-1069 (2007).
- Sophocleous, A., Huesa, C. Osteoarthritis mouse model of destabilization of the medial meniscus. Methods in Molecular Biology. 1914, 281-293 (2019).
- McCulloch, K., et al. Accelerated post traumatic osteoarthritis in a dual injury murine model. Osteoarthritis and Cartilage. 27 (12), 1800-1810 (2019).
- Fan, X., Wu, X., Crawford, R., Xiao, Y., Prasadam, I. Macro, micro, and molecular changes of the osteochondral interface in osteoarthritis development. Frontiers in Cell and Developmental Biology. 9, 659654 (2021).
- Hwang, H. S., Park, I. Y., Hong, J. I., Kim, J. R., Kim, H. A. Comparison of joint degeneration and pain in male and female mice in DMM model of osteoarthritis. Osteoarthritis and Cartilage. 29 (5), 728-738 (2021).
- Loga, I. S., et al. Does pain at an earlier stage of chondropathy protect female mice against structural progression after surgically induced osteoarthritis. Arthritis & Rheumatology. 72 (12), 2083-2093 (2020).
- Ma, H. L., et al. Osteoarthritis severity is sex dependent in a surgical mouse model. Osteoarthritis and Cartilage. 15 (6), 695-700 (2007).
- Cicero, L., Fazzotta, S., Palumbo, V. D., Cassata, G., Lo Monte, A. I. Anesthesia protocols in laboratory animals used for scientific purposes. Acta Biomedica. 89 (3), 337-342 (2018).
- Huesa, C., et al. Proteinase-activated receptor 2 modulates OA-related pain, cartilage and bone pathology. Annals of the Rheumatic Diseases. 75 (11), 1989-1997 (2016).
- Tappe-Theodor, A., King, T., Morgan, M. M. Pros and cons of clinically relevant methods to assess pain in rodents. Neuroscience and Biobehavioral Reviews. 100, 335-343 (2019).
- Stewart, K., Schroeder, V. A. Lab animal research. blood withdrawal I. JoVE Science Education Database. , Cambridge, MA. (2018).
- Chaplan, S. R., Bach, F. W., Pogrel, J. W., Chung, J. M., Yaksh, T. L. Quantitative assessment of tactile allodynia in the rat paw. Journal of Neuroscience Methods. 53 (1), 55-63 (1994).
- Lakes, E. H., Allen, K. D. Gait analysis methods for rodent models of arthritic disorders: reviews and recommendations. Osteoarthritis and Cartilage. 24 (11), 1837-1849 (2016).
- Das Neves Borges, P., Forte, A. E., Vincent, T. L., Dini, D., Marenzana, M. Rapid, automated imaging of mouse articular cartilage by microCT for early detection of osteoarthritis and finite element modelling of joint mechanics. Osteoarthritis and Cartilage. 22 (10), 1419-1428 (2014).
- vander Kraan, P. M., vanden Berg, W. B. Osteophytes: relevance and biology. Osteoarthritis and Cartilage. 15 (3), 237-244 (2007).
- Glasson, S. S., Chambers, M. G., Van Den Berg, W. B., Little, C. B. The OARSI histopathology initiative - recommendations for histological assessments of osteoarthritis in the mouse. Osteoarthritis and Cartilage. 18, SUPPL 3 17-23 (2010).
- Jackson, M. T., et al. Depletion of protease-activated receptor 2 but not protease-activated receptor 1 may confer protection against osteoarthritis in mice through extracartilaginous mechanisms. Arthritis and Rheumatology. 66 (12), 3337-3348 (2014).
- Pinamont, W. J., et al. Standardized histomorphometric evaluation of osteoarthritis in a surgical mouse model. Journal of Visualized Experiments. (159), e60991 (2020).
