Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
JoVE Journal Medicine
Click here for the English version

Medicine

En reproducerbar bruskpåvirkningsmodel til generering af posttraumatisk slidgigt hos kaninen

Published: November 21, 2023 doi: 10.3791/64450
Automatic Translation
*1,2,3, *3,4,6, 1, 1,3, 1,3, 2,3, 1,2,3, 5, 2,3,6, 1,3
1Department of Anatomy, Cell Biology and Physiology, Indiana University School of Medicine, 2Department of Orthopaedic Surgery, Indiana University School of Medicine, 3Indiana Center for Musculoskeletal Health, Indiana University School of Medicine, 4School of Mechanical Engineering, Purdue University, 5Large Animal Resource Center, Indiana University School of Medicine, 6Department of Mechanical and Energy Engineering, Indiana University-Purdue University Indianapolis
* These authors contributed equally

Summary

Den åbne mediale femoral kondyle påvirkningsmodel hos kaniner er pålidelig til undersøgelse af posttraumatisk slidgigt (PTOA) og nye terapeutiske strategier til at afbøde PTOA progression. Denne protokol genererer en isoleret bruskdefekt af den bageste mediale lårbenskondyl hos kaniner ved anvendelse af et vognbaseret faldtårn med et slaghoved.

Abstract

Posttraumatisk slidgigt (PTOA) er ansvarlig for 12% af alle slidgigt tilfælde i USA. PTOA kan initieres af en enkelt traumatisk begivenhed, såsom en kraftig belastning, der virker på ledbrusk, eller ved ledstabilitet, som det sker med forreste korsbåndsbrud. Der er ingen effektive lægemidler til forebyggelse af PTOA i øjeblikket. Det er nødvendigt at udvikle en pålidelig dyremodel for PTOA for bedre at forstå de mekanismer, hvormed bruskskader fortsætter, og for at undersøge nye behandlingsstrategier for at lindre eller forhindre progression af PTOA. Denne protokol beskriver en åben, dråbetårnbaseret kaninlårbenskondyle-slagmodel for at fremkalde bruskskader. Denne model leverede spidsbelastninger på 579,1 ± 71,1 N og spidsbelastninger på 81,9 ± 10,1 MPa med en tids-til-spidsbelastning på 2,4 ± 0,5 ms. Ledbrusk fra påvirkede mediale lårbenskondyler (MFC'er) havde højere apoptotiske celler (p = 0,0058) og havde højere Osteoarthritis Research Society International (OARSI) score på 3,38 ± 1,43 sammenlignet med de ikke-påvirkede kontralaterale MFC'er (0,56 ± 0,42) og andre bruskoverflader i det påvirkede knæ (p < 0,0001). Der blev ikke påvist forskelle i OARSI-score blandt de ikke-påvirkede ledflader (p > 0,05).

Introduction

Posttraumatisk slidgigt (PTOA) er en førende årsag til handicap på verdensplan og tegner sig for 12%-16% af symptomatisk slidgigt (OA)1. Den nuværende guldstandard for OA-behandling i slutstadiet er total knæ- og hoftealloplastik2 eller arthrodesis, som i tilfælde af tibiotalar eller subtalar arthritis i slutstadiet. Selvom det stort set lykkes, kan artroplastik have dyre og sygelige komplikationer3. Derudover er artroplastik mindre ønskeligt hos patienter under 50 år i betragtning af den lave revisionsfri implantatoverlevelse på 77% -83%4,5. I øjeblikket er der ingen FDA-godkendte behandlinger til at forhindre eller afbøde udviklingen af PTOA.

PTOA påvirker hele leddet, herunder synovialvævet, subchondral knogle og ledbrusk. Det er kendetegnet ved ledbruskdegeneration, synovial inflammation, subchondral knoglemodellering og osteofytdannelse 6,7. Fænotypen af PTOA udvikler sig via en kompleks proces med samspil mellem brusk, synovium og subchondral knogle. Den nuværende forståelse er, at bruskskade fører til frigørelse af ekstracellulære matrixkomponenter (ECM) såsom type 2 kollagen (COL2) og aggrecan (ACAN). Disse ECM-komponentfragmenter er proinflammatoriske og forårsager øget produktion af IL-6, IL-1β og reaktive iltarter. Disse mediatorer virker på chondrocytter, hvilket forårsager opregulering af matrixmetalloproteinaser (MMP'er), såsom MMP-13, som nedbryder ledbrusk, samtidig med at matrixsyntesen reduceres, hvilket fører til et samlet katabolisk miljø for ledbrusk8. Derudover er der tegn på øget chondrocytapoptose ved primær slidgigt og PTOA 9,10. Mitokondriel dysfunktion opstår efter suprafysiologisk belastning af brusk 11,12,13,14, hvilket kan føre til øget chondrocytapoptose 12,15. Forbedret chondrocyt apoptose har været forbundet med øget proteoglycan udtømning og brusk katabolisme og har vist sig at gå forud for ændringer i brusk og subchondral knogle remodeling16,17,18.

Som med de fleste menneskelige sygdomme er pålidelige og translationelle modeller af PTOA nødvendige for yderligere at forstå sygdommens patofysiologi og teste nye behandlinger. Store dyr som svin og hjørnetænder er blevet brugt i intraartikulære fraktur- og slagmodeller af PTOA17,19, men de er dyre. Mindre dyremodeller, såsom mus, rotter og kaniner, er billigere og bruges til at studere PTOA genereret gennem leddestabilisering, som typisk involverer kirurgisk transsektion af det forreste korsbånd (ACL) og / eller forstyrrelse af den mediale menisk 20,21,22,23,24,25. Selvom ledtraumer kan føre til forskellige konsekvenser, herunder ledbåndsskade26, forekommer mekanisk overbelastning af brusk i næsten alle tilfælde.

Der er nye tegn på, at patologien bag udviklingen af PTOA efter ligamentøs ustabilitet (som i ACL-transsektion) og akut chondral skade skyldes forskellige mekanismer27. Derfor er det vigtigt at udvikle modeller for direkte skade på brusk. Der er i øjeblikket et begrænset antal slagmodeller, der genererer osteochondral eller chondral skade hos rotter og mus28,29. Imidlertid er murinbrusk ikke velegnet til generering af isolerede chondraldefekter. Dette skyldes, at murin ledbrusk kun er 3-5 cellelag tykt og mangler organiserede overfladiske, radiale og overgangsbruskzoner samt det tykke forkalkede brusklag, der findes hos mennesker og større dyr. Murinmodeller viser også spontan opløsning af partielle bruskdefekter30,31. Derfor valgte vi kaninen til denne slagmodel, da dens brusktykkelse og organisation ligner menneskers, og det er den mindste dyremodel, der giver mulighed for levering af en konsekvent konsistent chondral påvirkning, der resulterer i PTOA. Tidligere åbne kirurgiske modeller af lårbenskondylepåvirkning hos kaninen har anvendt et pendul 32, en håndholdt fjederbelastet bruskimpaktionsenhed33 og et droptårn, der tillod kaninspecifik slaglegemedannelse34. Disse undersøgelser manglede imidlertid in vivo-data. Andre har rapporteret in vivo-data med pendulbaserede 35, pneumatiske36 og fjederbelastede37 slaganordninger10, og disse undersøgelser viser en høj variabilitetshastighed i spidsbelastning og belastningshastigheder mellem metoderne. Alligevel mangler feltet en konsekvent tilgang til pålidelig modellering af akut brusktraume in vivo.

Den nuværende protokol anvender et drop-tower-baseret system til at levere en ensartet påvirkning af den bageste mediale kondyle af kaninknæet. En posterior tilgang til knæet anvendes til at udsætte den bageste mediale lårbenskondyle. En Steinman-stift placeres derefter på tværs af lårbenskondylerne fra medial til lateral på linje med ledfladen og fastgøres til platformen. Når den er sikret, leveres en belastning til den bageste mediale lårbenskondyle. Denne metode gør det muligt at levere ensartede bruskskader til den vægtbærende overflade af kaninens distale lårben.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

Følgende procedure blev udført med godkendelse fra Indiana University School of Medicine Institutional Animal Care and Use Committee (IACUC). Alle overlevelsesoperationer blev udført under sterile forhold, som skitseret af NIH-retningslinjerne. Smerte- og infektionsrisici blev håndteret med korrekte smertestillende midler og antibiotika for at optimere vellykkede resultater. Skelet modne mandlige New Zealand hvide kaniner, der vejer 3,0-4,0 kg, blev brugt til denne undersøgelse.

1. Fremstilling af droptårn

  1. Generer CAD-tegninger for komponenter i droptårnet, basisplatformen og mekanismen til fastgørelse af Steinman-stiften (supplerende figur 1-14).
  2. Køb kommercielt tilgængelige komponenter (se materialetabel).
  3. Anskaf maskinens dele af enheden, eller giv CAD-tegninger til en maskinarbejder til fremstilling.
    BEMÆRK: En højpræcisionsmaskinarbejder med værktøjsfremstillingskapacitet er påkrævet for at fremstille slaglegemespidsen med en diameter på 3 mm (supplerende figur 1, del 20 og supplerende figur 13,14). Slaglegemets slagflade havde krumninger på 7,14 mm og 5,56 mm i henholdsvis sagittale og koronale planer for at være i overensstemmelse med krumningen af den mediale kaninkondyle35 (supplerende figur 13,14).
  4. Saml dele, så faldtårnet består af en vogn, der kører på to lodrette stænger via lineære kuglelejer med fast justering, og basisplatformen understøtter kaninen og fastgør Steinman-stiften (figur 1 og figur 2).
    BEMÆRK: Vogntværbjælken i dette design har en bøjningsstivhed svarende til en tidligere faldtårn38 med et acceptabelt vibrationsniveau.

2. Tilberedning af dyr

  1. Vejen kaninen og bedøvelse den med 2,5 mg/kg alfaxalone og 0,15 mg/kg midazolam IM (se materialetabel). Påfør øjensalve på begge øjne efter induktion. Bevar anæstesi ved hjælp af ~ 2% -3% isofluran. Giv buprenorphin SR (0,1 mg/kg) SQ for analgesi og perioperativ enrofloxacin (10 mg/kg) SQ. I stedet for Buprenorphin, NSAID såsom Carprofen, 4mg / kg eller Meloxicam, 0.2 - 0.3mg / kg eller Ketoprofen, 3mg / kg kan gives som SQ injektioner.
  2. Barber kaninens bagben fra anklen til bagfjerdingen. Der opfordres til ekstra forsigtighed ved hårfjerning af kaniner for at forhindre forurening af snittet. Det er vigtigt at bruge et sæt dedikerede, skarpe kaninhårklippere.
  3. Anbring den forreste benblok i rustfrit stål (supplerende figur 1, del nr. 2 og supplerende figur 4) under enden af slagplatformen, og dæk platformen med en varmepude. Placer kaninen bryst (dvs. tilbøjelig) på varmepuden. Placer en polstret bump under den kontralaterale hofte.
    1. Sørg for, at den operative ekstremitet har knæet centreret og hviler på polyethylenblokken (figur 2A1). Brug silketape til forsigtigt at trække halen overlegen og kontralateral til den operative ekstremitet.
  4. Tør det kirurgiske sted ned med chlorohexidin og 70% alkohol-gennemblødt sterilt gasbind. Skrub det kirurgiske sted, startende ved det bageste knæ, med et cirkulært feje udad. Gentag mindst 3 gange med friske skrubber, og slut med 70% alkohol.
  5. Placer en steril handske over den operative fod op til anklen og pakk den ind med en steril sammenhængende wrap.
  6. Desperer sterilt det kirurgiske sted med tre gardiner: en direkte under den operative ekstremitet og de to andre til at dække resten af kroppen. Fastgør gardinerne med håndklædeklemmer.

3. Kirurgisk eksponering

BEMÆRK: Før operationen og påvirkningen skal vægten og faldhøjden, der giver synlige bruskskader uden subchondral knoglebrud, empirisk bestemmes for kaninens specifikke stamme, alder og køn.

  1. Palperer patellaens position anteriort for at estimere knæleddets position, som er placeret distalt til patellaen. Brug et 15-blad til at lave et snit på 3-4 cm langs det bageste aspekt af det forlængede knæ fra niveauet af patellaens overlegne pol distalt.
  2. Udfør stumpe og skarpe dissektioner gennem den underliggende overfladiske fascia. Udvikle intervallet mellem huden medialt og medial gastrocnemius lateralt. Placer en selvbevarende Weitlaner-retractor i dette interval (se materialetabel).
    1. Et sekundært fascialt lag bliver synligt lige over saphenøs arterie og vene. Dissekere lateralt til saphenøs og træk vaskulaturen medialt og det bageste gastrocsoleuskompleks lateralt.
      BEMÆRK: Pas på ikke at skære denne vaskulatur. Hvis denne arterie er beskadiget, skal du sikre korrekt ligering, da postoperativt hæmoragisk chok kan forekomme.
  3. Dissekeres distalt, indtil en lille mobil fabella er identificeret over den bageste mediale lårbenskondyle. Udfør en artrotomi for at mobilisere fabella superolateral, udsætte den underliggende mediale lårbenskondyle. Fjern forsigtigt blødt væv ved stump og skarp dissektion for at afsløre det bageste aspekt af den mediale lårbenskondyle. Brug en friere og cricket selvholder (se tabel over materialer) til at trække blødt væv tilbage på dette niveau.
  4. Mens du holder kondylen eksponeret, skal du føre en 0,062 tommer Steinman-stift (se materialetabel) over det distale lårben, begyndende ved det overlegne aspekt af den mediale lårbenskondyle og centreret i den forreste bageste retning af den mediale lårbenskondyle, cirka 5 mm fra det bageste aspekt af kondylen.
    1. Kør ledningen sideværts gennem knoglen og den laterale hud parallelt med ledfladen ved hjælp af en batteridrevet Steinman-stiftdriver. Palpation af den laterale epicondyle vil sikre den passende bane af Steinman-stiften.
  5. Fjern retraktorerne og luk huden med en 3-0 polysorb sutur (se materialetabel) løbende. Dæk snittet med sterilt gasbind.

4. Virkningen af lårbenskondylen

  1. Fjern gardinet under betjeningslemmen, og fastgør Steinman-stiften til en tilpasselig og justerbar højdeslagplatform. Placer først det højdejusterbare, nedre aspekt af Steinman-stiftfastgørelsesapparatet under stiften (figur 2A2). Sørg for, at ledningen er parallel med jorden på denne platform ved at justere skruehøjderne efter behov.
    1. Når du har sikret, at Steinman-stiften er parallel med jorden, skal du placere det øverste skruebaserede aspekt af den sikre platform (figur 2A3) på det nederste skruebaserede aspekt af det højdejusterbare stykke. Sørg for, at Steinman-stiften er tæt fastgjort ved at skrue topstangen ind i den nederste højdejusterbare del af pin-holderplatformen (figur 2A2).
  2. Når Steinman-stiften er fastgjort til platformen, skal du fjerne suturen og åbne snittet igen. Udsæt den mediale lårbenskondyle med selvbevarende Weitlaner og cricketretraktorer. En yderligere frigørelse kan være nødvendig for at trække yderligere blødt væv ud af slaglegemets spids (figur 2B).
  3. Tør droptårnet af med et godkendt desinfektionsmiddel. Fastgør det sterile 3 mm slaglegeme (figur 2A4) til faldtårnsvognen. Før faldtårnet over den operative ende, og placer dets base (figur 2A6) under den anslagsplatform (figur 3A).
  4. Sænk forsigtigt slaglegemet (supplerende figur 2, del 20 og supplerende figur 13) ned på midten af den bageste mediale lårbenskondyle. Sørg for, at der ikke er blødt væv i slaglegemets vej.
    1. Flyt kaninen eller tårnet efter behov for at sikre, at slaglegemets hoved er centreret over den bageste mediale lårbenskondyle (figur 3B). Hver gang kaninen flyttes eller omplaceres, skal det kirurgiske sted vurderes for eventuelle brud på steriliteten, og området skal om nødvendigt steriliseres igen.
  5. Når den rette bane er sikret, skal du klemme tårnet fast på platformen med vippeklemmerne (figur 2A5,  se materialetabellen).
  6. Administrer en dosis intravenøs alfaxalone (0,5-0,7 mg / kg) 5-10 minutter før påvirkning for dybere anæstesi uden at øge inhalationsanæstesi.
    BEMÆRK: Mangel på palpebral refleks, pedaltilbagetrækning og pinnarefleks beviser dybere bedøvelse. Denne dybere anæstesi hjælper med at forhindre mulige lemreaktioner under placering i apparatet og under påvirkning.
    FORSIGTIG: Hvis alfaxalone gives for hurtigt, kan det forårsage forbigående apnø og hypoxi hos kaniner og bør gives langsomt over 1-2 minutter. Hvis hypoxi opstår, skal du sikre tilstrækkelig iltning og genopretning af vitalitet, før du fortsætter.
  7. Indstil slaglegemet på faldtårnet i den ønskede højde over den mediale lårbenskondyle. For den nuværende vognenhed, inklusive lejerne, med en masse på 1,41 kg, er dette en højde på 7 cm.
    BEMÆRK: Faldtårnets højde blev bestemt ud fra pilotundersøgelser af kadavervæv. Denne højde genererede synlige bruskskader, men ikke subchondral knoglebrud for kaninerne i denne undersøgelse.
  8. Klik på knappen Start på LabVIEW-dataindsamlingssoftwaren (supplerende kodningsfil 1) lige før spindelstoppet frigøres (supplerende figur 2, punkt nr. 14) for at frigøre vognen og lade den falde under tyngdekraften.
    BEMÆRK: Dataindsamlingssoftwaren indsamler dataene fra en vejecelle (figur 1, 6) placeret mellem slaglegemet og vognen og et accelerometer (figur 1, 7) under kollisionen ved 100 kHz ved hjælp af en bærbar computer, der er tilsluttet et dataindsamlingsmodul.
  9. Placer txt-filen, der genereres af dataindsamlingssoftwaren, i samme mappe med Matlab-dataanalysekoden (supplerende kodningsfil 2), og kør dataanalysekoden for at filtrere rådata og beregne effektparametre.
  10. Sørg for, at den maksimale belastning er identificeret. Det tilhørende tidspunkt betragtes som tidspunktet for maksimal deformation og nulhastighed.
    BEMÆRK: Dataanalysekode analyserer alle txt-filer i mappen og rapporterer resultaterne for hver fil. Koden bestemmer begyndelsen og slutningen af påvirkningen baseret på ændringer i belastningstidsdataene. Data fra accelerometeret integreres numerisk for at beregne hastighed og integreres igen for at beregne forskydning. Dataanalysekode beregner numerisk impuls, arbejde og kinetisk energi ud fra følgende formler:
    Equation 1
    Equation 2
    Equation 3
    hvor F er den kraft, der måles af belastningssensoren, x 0 og t 0 er forskydningen og tiden ved kollisionens begyndelse, og x og tf er forskydningen og tiden ved kollisionens afslutning. Belastningshastigheden beregnes numerisk som gennemsnittet af dσ/dt i anslagsfasen. Spidsbelastning beregnes ved at dividere spidsbelastningen med slaglegemets kontaktområde.
  11. Udfør visualisering af bruskoverfladen for at afgøre, om der er opstået passende bruskskader (figur 4A).

5. Lukning af kirurgisk sted

  1. Fjern droptårnet fra over den operative ekstremitet. Læg alle brugte kirurgiske værktøjer til side og skift til nye sterile handsker.
    BEMÆRK: Da droptårnet ikke er sterilt, skal alt værktøj, der blev brugt op til kollisionen, nu betragtes som forurenet.
  2. Påfør et sterilt gardin igen i underekstremiteten, og få ubrugte sterile selvretraktorer.
  3. Udsæt den mediale lårbenskondyle igen og skyl det kirurgiske sted grundigt med 50-60 ml sterilt saltvand.
  4. Luk den bageste kapsel med en 5-0 polysorbsutur, efterfulgt af hudlukning med en 4-0 monosorbsutur (se materialetabel).
  5. Injicer 2 ml lidokain/bupivacain til lokal analgesi omkring snittet intradermalt.
  6. Fjern Steinman-stiften med et strømdriversæt (se materialetabel) ved at svinge for at minimere bløddelsskader.
  7. Klæd såret med en ikke-klæbende bandage efterfulgt af tape. Udfør et røntgenbillede af den operative ekstremitet for at sikre, at der ikke opstod brud, og at stiften blev placeret korrekt (figur 4B).

6. Efterfølgende ledelse

  1. Sæt kaninen tilbage i buret og overvåg den på opvarmede tæpper, indtil den kommer sig efter anæstesi (~ 25 min).
  2. Fortsæt nøje overvågning af kaninerne i flere dage efter operationen for at sikre, at de heler ordentligt og genvinder mobiliteten. Administrer enrofloxacin (10 mg/kg) i 2 dage postoperativt til infektionsprofylakse. Administrer buprenorphin SR analgesi (0,1 mg/kg) subkutant hver 2-3 dage efter operationen og efter behov. I stedet for Buprenorphin kan NSAID'er såsom Carprofen, 4mg / kg SQ dagligt, Meloxicam, 0.2 - 0.3mg / kg SQ dagligt op til 3 dage eller Ketoprofen, 3mg / kg SQ dagligt administreres 3-5 dage efter operationen og efter behov.
    BEMÆRK: Det er lykkedes os at forebygge postoperativ sårdehiscens på grund af kaninslikning eller tygning med placering af humane neonatale bukser over bagbenene39. Hvis kaninen tygger gennem bukserne, kan en elisabethansk krave (se materialetabel) placeres for at forhindre tygning af snittet.

7. Histologisk evaluering

  1. Ved 16 uger efter skade, høst knæ fra aflivede kaniner, fastgør dem i 10% neutral bufret formalin i 48 timer, efterfulgt af paraffinindlejring og sektionering i 5 μm tykke skiver.
  2. Efter afparaffinisering og rehydrering pletter sektionerne med safranin O hurtig grøn pr. Standardprotokoller40,41.
  3. Udfør den terminale deoxynukleotidyltransferase dUTP nick end labeling (TUNEL) assay på sektionerne ved hjælp af TUNEL Chromogenic Apoptosis Detection kit efter producentens anvisninger, modfarvet med hæmatoxylin42 (se materialetabel).

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

Succesen med denne procedure blev overvåget umiddelbart efter påvirkning ved visualisering af kondylen af kirurgen (figur 4A) og ved radiografi for at sikre, at der ikke opstod brud (figur 4B). Der er risiko for slagsvigt, der fører til en intraoperativ brud på kondylen. Dette skyldtes typisk forkert placering af Steinman-stiften (figur 5). Ved hjælp af denne model var der en frakturfejlrate sekundært til intraoperativ fraktur på 9,0% (6 ud af 67 operationer). Den gennemsnitlige maksimale slagspænding var 81,9 ± 10,1 MPa (CV = 12,3%), og den gennemsnitlige belastningshastighed var 36,6 ± 11,0 MPa / ms (CV = 30,1%). Andre parametre var også konsistente, idet CV'erne varierede fra 5%-23,5% (tabel 1).

Safranin O-fast grønne farvede histologiske sektioner af knæleddene fra n = 8 kaniner blev evalueret for brusknedbrydning og slidgigtpatologi ved hjælp af Osteoarthritis Research Society International (OARSI) scoringssystem43. Bruskskader blev ikke observeret i den kontralaterale uskadte lårbenskondyl (figur 6A) og var hovedsageligt lokaliseret til slagstedet (figur 6B). Påvirkede 16-ugers mediale lårbenskondyler (MFC'er) havde højere OARSI-score på 3,38 ± 1,43 sammenlignet med de kontralaterale kontrol-MFC'er med en OARSI-score på 0,56 ± 0,42 (p < 0,0001) (figur 6C). Endvidere viste påvirkede knæ-MFC'er også højere OARSI-score end det mediale tibiale plateau (MTP; 0,71 ± 0,59), lateralt tibialplateau (LTP; 0,88 ± 0,64) og lateral lårbenskondyle (LFC; 0,81 ± 1,00) i det samme knæ (p < 0,0001) (figur 6D). I modsætning hertil blev der ikke observeret forskelle i OARSI-score blandt MFC-rummene (0,56 ± 0,42), LTP (0,50 ± 0,46), MTP (0,28 ± 0,45) og LFC (0,25 ± 0,46) rum i det kontralaterale ikke-påvirkede knæ (p > 0,05) (figur 6E). Der var heller ingen signifikante forskelle mellem de påvirkede og ikke-påvirkede LFC-, MTP- og LTP-ledflader (p >0,05) (figur 6F).

Ledbrusk fra påvirket MFC høstet efter 16 uger havde højere niveauer af TUNEL-positivitet (69,1 ± 14,4%), hvilket indikerer øget chondrocytapoptose sammenlignet med ikke-påvirkede MFC'er (53,4% ± 12,4%) (p = 0,0058) (figur 7).

Figure 1
Figur 1: Dråbetårnsapparater. (1) Lodrette stænger. (2) En aluminiumsplatform, hvori stænger er pressepasning. (3) En plade til yderligere fastholdelse af stængerne. (4) Lineære kuglelejer med fast justering. (5) Slaglegeme monteret på vognen. (6) Vejecelle. (7) Accelerometer. Klik her for at se en større version af denne figur.

Figure 2
Figur 2: Komponenter, der anvendes under kirurgiske procedurer og placering af kaninen på slagapparatet. A) Apparater, der anvendes til at generere bruskskader og identifikation af komponenterne: (1) polyethylen slagplatform, (2) højdejusterbar del af Steinman-stiftholdeapparatet, (3) øverste aspekt af det højdejusterbare Steinman-stiftholdende apparat, (4) sterilt slaglegeme med en diameter på 3 mm, (5) Skift klemmer til at holde slagplatformen til faldtårnsapparatet og (6) bunden af slagplatformen. (B) Placering af kaninens bagben med Steinman-stiften (angivet med røde pile) fastgjort til platformen før påvirkning af den bageste mediale lårbenskondyle. Gardiner blev udeladt fra tal til demonstrationsformål. En kadaver blev brugt til at generere billederne. Klik her for at se en større version af denne figur.

Figure 3
Figur 3: Korrekt placering af slaglegemet på den mediale lårbenskondyle . (A) Slagapparat over kaninens bagben, der er fastgjort til platformen. (B) Korrekt placering af slaglegemespidsen på den mediale lårbenskondyl før stød. Gardiner blev udeladt fra tal til demonstrationsformål. Klik her for at se en større version af denne figur.

Figure 4
Figur 4: Vellykket bruskdefekt . (A) Forventet groft udseende af bruskskade genereret med denne model. Indsats er et forstørret område af den påvirkede bruskoverflade, hvor defekten er skitseret med en stiplet cirkel. (B) Passende Steinman-stiftposition i det distale lårben med mindst 5 mm afstand fra den bageste bruskoverflade og tæt tilnærmet leddets vinkel (radiolucent cirkel i lårbenskondyler). Vægtstang = 5 mm. Klik her for at se en større version af denne figur.

Figure 5
Figur 5: Mislykket bruskfejl. Røntgenbillede, der viser en forkert placeret stift i den mediale lårbenskondyle, hvilket resulterer i en osteokondral fraktur ved stød. Den røde pil peger på forkert placering af Steinman-stiften. Den sorte pil peger på den brækkede mediale lårbenskondyle. Vægtstang = 5 mm. Klik her for at se en større version af denne figur.

Figure 6
Figur 6: Øget sværhedsgrad af slidgigt i den påvirkede mediale lårbenskondyle. Repræsentative (A) kontralaterale og (B) påvirkede mediale lårbenskondyler (MFC) sektioner farvet med safranin-O (rød plet af proteoglycanindhold) og Fast Green (blågrøn plet af bindevæv med lavere proteoglycanindhold). Forstørrelse: 400x; skalabjælke = 62,3 μm. (C) OARSI-scoring af den påvirkede MFC og kontrol-MFC. (D) OARSI-score for alle ledrum fra det påvirkede knæled. E) OARSI-score for leddelene fra det ikke-påvirkede kontralaterale knæled. F) OARSI-score for leddelene fra påvirkede og ikke-påvirkede knæ. Medial femoral condyle (MFC), medial tibial plateau (MTP), lateral tibial plateau (LTP) og lateral femoral condyle (LFC). Gruppesammenligninger blev udført ved hjælp af Student's t-test eller ANOVA, efterfulgt af Tukeys HSD post-hoc test. Klik her for at se en større version af denne figur.

Figure 7
Figur 7: Forhøjede apoptotiske chondrocytter i den påvirkede MFC. Repræsentative billeder, der viser TUNEL-farvede sektioner af (A) kontralateral uskadt MFC og (B) skadet MFC 16 uger efter kollision ved 400x forstørrelse. Skalabjælke = 62,3 μm. TUNEL-positivitet er angivet med brunfarvede kerner. (C) Kvantificering af TUNEL-positive celler i de påvirkede og kontrol-MFC'er. Grupper blev sammenlignet med parret studerendes t-test. Klik her for at se en større version af denne figur.

Tabel 1: Undersøgelsens effektparametre. Dette inkluderer Peak Stress (Megapascals; MPa), spidsbelastning (Newton; N), belastningshastighed (megapascal pr. millisekund; MPa/ms), Slagvarighed (millisekunder; ms), Arbejde (Joule; J), impuls (Newton sekunder; N·s), kinetisk energi (joule; J), acceleration (meter pr. sekund i anden halvdel; m/s2) og tid til spidsbelastning (millisekunder; ms). Klik her for at downloade denne tabel.

Tabel 2: Slagoperationstider. Klik her for at downloade denne tabel.

Tabel 3: Fordele og ulemper ved den aktuelt beskrevne model. Klik her for at downloade denne tabel.

Supplerende figur 1: Detaljeret beskrivelse af dele og stykliste over basisplatformen. Klik her for at downloade denne fil.

Supplerende figur 2: Detaljeret stykbeskrivelse og stykliste over Drop Tower. Klik her for at downloade denne fil.

Supplerende figur 3: Tegning af del 01-Kaninholderbord. Klik her for at downloade denne fil.

Supplerende figur 4: Tegning af del 02-forben. Klik her for at downloade denne fil.

Supplerende figur 5: Tegning af del 03 - Hovedben. Klik her for at downloade denne fil.

Supplerende figur 6: Skitse af del 04-K-trådsholderbase. Klik her for at downloade denne fil.

Supplerende figur 7: Tegning af del 05-skruehoved K-trådholder. Klik her for at downloade denne fil.

Supplerende figur 8: Skitse af del 06-polyethylenplade. Klik her for at downloade denne fil.

Supplerende figur 9: Tegning af del 07-plade. Klik her for at downloade denne fil.

Supplerende figur 10: Tegning af del 11-Topholder. Klik her for at downloade denne fil.

Supplerende figur 11: Skitse af del 16-slaglegeme. Klik her for at downloade denne fil.

Supplerende figur 12: Skitse af del 17-slaglegeme. Klik her for at downloade denne fil.

Supplerende figur 13: Tegning af del 20-slaglegeme. Klik her for at downloade denne fil.

Supplerende figur 14: Tegning af slaglegemets spidshoveds krumning. Klik her for at downloade denne fil.

Supplerende kodningsfil 1: DropTestVIManual(1).vi. Klik her for at downloade denne fil.

Supplerende kodningsfil 2: ImpactAnalysis(1).m. Klik her for at downloade denne fil.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

Denne kirurgiske procedure sigter mod at generere konsekvent bruskskade på den vægtbærende overflade af kaninens mediale lårbenskondyl i en model af PTOA. En fordel ved denne procedure er, at den bageste tilgang til knæet giver mulighed for direkte visualisering af den komplette bageste mediale lårbenskondyle, og den kan udføres på ca. 37 min (tabel 2). Det skal også bemærkes, at dette er en åben skademodel og kan føre til akutte inflammatoriske ændringer ud over blot virkningen på grund af potentiel skade på synovium og ledkapsel17,44. Fordele og ulemper ved modellen er opsummeret i tabel 3. Der blev sørget for at undgå at beskadige ligamentøse og meniscal strukturer for at sikre fælles stabilitet. Som følge heraf blev der ikke påvist forskelle mellem kontralaterale kontrollemmer og påvirkede lemmer i ledrum uden for slagzonen (mediale og laterale tibiale plateauer og laterale lårbenskondyler).

Det mest kritiske aspekt af denne protokol er dannelsen af en isoleret brusklæsion i lårbenskondylen. Steinmans pinbane har stor indflydelse på succesen med denne metode. Hvis ledningen ikke er parallel med ledoverfladen, eller hvis den placeres for bagud i forhold til midten af den mediale lårbenskondyle, kan det føre til en osteochondral fraktur i lårbenskondylen (figur 5). Den laterale epicondyle er et konsekvent håndgribeligt vartegn, der kan bruges til en passende pinbane.

Dyr med brud på den subchondrale knogle bør fjernes fra undersøgelsen. For den nuværende undersøgelsesmetode har vi haft en fejlrate sekundært til intraoperativ fraktur på 9,0% (6 ud af 67 operationer). Denne brudfrekvens er lavere end en nylig åben pendulbaseret slagmodel af MFC, som havde en brudrate på 28%45. Vi anbefaler at afprøve denne metode med kadaverprøver, indtil kirurgen og undersøgelsesteamet føler sig godt tilpas med tilgangen og resultatet. Denne metode blev afprøvet i kadaveriske prøver af bagben og hele New Zealand White Rabbits forud for in vivo forsøg.

Denne metode er sammenlignelig med tidligere offentliggjorte metoder til generering af akut bruskbeskadigelse i lapin. Belastningshastigheden for denne anslagsmodel på 51,0 ± 16,0 MPa/ms var højere end tidligere værker, der anvendte et pendul (ca. 0,5 til 6 MPa/ms)35,46,47 eller en pneumatisk cylinder (~0,4 MPa/ms)36 og lavere end belastningshastigheden fra en fjederbelastet slaganordning (~530 MPa/ms)37. Den nuværende slagteknik modellerer en moderat belastning sammenlignet med tidligere modeller, hvilket resulterer i en topspænding på 81,9 ± 10,1 MPa med et CV på 12,3%, der er i overensstemmelse med tidligere modeller af pendul, fjederbelastede og pneumatiske cylinderleverede belastninger, med fire tidligere modeller, der leverer spændinger på 10,1-169 MPa, med CV'er fra 0,85-40,5%36,37, 45,46.

En begrænsning ved denne model er, at den ikke genererede osteochondral frakturer og derfor ikke fuldt ud efterlignede de typiske intraartikulære frakturer, der ses i den kliniske indstilling17. Det blev også bemærket, at den gennemsnitlige acceleration af faldtårnsvognen før kollision var 6,4 ± 0,4 m / s 2, lavere end gravitationsaccelerationen med frit fald på 9,8 m / s2, sandsynligvis på grund af friktion af kuglelejerne. Alligevel tillader metoden en at isolere de påvirkede bruskmedierede virkninger af PTOA patogenese, som ikke forstås fuldt ud.

Selvom flere beskrevne lapinemodeller leverer en chondral skade, skiller brugen af den bageste tilgang til knæet med droptårnmodellen sig ud som en enkel, effektiv og klinisk relevant metode til generering af PTOA, hvilket muliggør undersøgelse af dets patogenese og test af nye behandlinger. Samlet set er lapine open posteromedial femoral condyle impact injury model en lovende platform til at studere de cellulære og molekylære hændelser forbundet med PTOA og identificere nye terapeutiske mål48,49 for at forhindre eller afbøde bruskskade.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

Roman Natoli holder foredrag for AO Trauma North America, er sektionsredaktør for Current Osteoporosis Reports og modtog lærebogsroyalties fra Morgan og Claypool. Todd McKinley modtager royalties fra Innomed. De resterende forfattere har intet at afsløre.

Acknowledgments

Denne undersøgelse blev støttet af DoD Peer Reviewed Medical Research Program - Investigator-Initiated Research Award W81XWH-20-1-0304 fra US Army Medical Research Acquisition Activity, af NIH NIAMS R01AR076477 og et omfattende muskuloskeletalt T32 træningsprogram fra NIH (AR065971) og af NIH NIAMS Grant R01 AR069657. Forfatterne vil gerne takke Kevin Carr for at levere sin ekspertise inden for bearbejdning og fabrikation til dette projekt og Drew Brown og Indiana Center for Musculoskeletal Health Bone Histology Core for at hjælpe med histologi.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Flat head screw McMaster-Carr 92210A194 Stainless steel hex drive flat head screw, 8-32, 1/2"
#15 scalpel blades McKesson 1029066 Scalpel McKesson No. 15 Stainless Steel / Plastic Classic Grip Handle Sterile Disposable
1/2”-20 threaded rod McMaster-Carr 99065A120 1/2”-20 threaded rod
10 mL syringe McKesson 1031801 For irrigation; General Purpose Syringe McKesson 10 mL Blister Pack Luer Lock Tip Without Safety
3 mL syringe McKesson 1031804 For lidocaine/bupiviacaine injection; General Purpose Syringe McKesson 3 mL Blister Pack Luer Lock Tip Without Safety.
3-0 polysorb Ethicon J332H 3-0 Vircryl, CT-2, 1/2 circle, 26 mm, tapered
4-0 monosorb Ethicon Z397H 4-0 PDS 2, FS-2, 3/8 circle, 19mm, cutting edge
5-0 polysorb Med Vet International NC9335902 Med Vet International 5-0 ETHICON COATED VICRYL C-3
Accelerometer Kistler 8743A5 Accelerometer
Adson-Browns Forceps World precision tools 500177 Adson-Brown Forceps, 12 cm, Straight, TC Jaws, 7 x 7 Teeth
Alfaxalone Jurox 49480-002-01 Alfaxan Multidose by Jurox : 10 mg/mL
Buprenorphine Par Pharmaceuticals 42023-0179-05 Buprenorphine HCL injection: 0.3 mg/mL
Butorphanol  Zoetis 54771-2033 Butorphanol tartrate 10mg/ml by Zoetis
Chlorhexidine Hand Scrub BD 371073 BD E-Z Scrub 107 Surgical Scrub Brush/Sponge, 4% CHG, Red
Collet STRYKER 14023 Stryker 4100-62 wire Collet 0.28-0.71''
Cordless Driver handpiece STRYKER OR-S4300 Stryker 4300 CD3 Cordless Driver 3 handpiece
Cricket Retractors Novosurgical G3510 21 2x Heiss (Holzheimer) Cross Action Retractor
Dissector Scissors Jorvet labs J0662 Aesculap AG, Metzenbaum, Scissors, Straight 5 3/4″
Elizabethian Collar ElizaSoft 62054 ElizaSoft Elizabethan Recovery Collar
Enrofloxacin Custom Meds Enrofloxacin compounded by Custom Meds
Eye Ointment Pivetal  46066-753-55 Pivetal Articifical Tears- recently recalled
Face-mount shaft collar McMaster-Carr 5631T11 Face-mount shaft collar
Fast green Millipore Sigma F7258 Fast green
Freer Jorvet labs J0226Q Freer elevator
Head screw -1 McMaster-Carr 91251A197 Black-oxide alloy steel socket head screw, 8-32, 3/4"
Head screw -2 McMaster-Carr 92196A194 Stainless steel socket head screw, 8-32, 1/2"
Head screw -3 McMaster-Carr 92196A146 Stainless steel socket head screw, 8-32, 1/2"
Head screw -4 McMaster-Carr 92196A151 Stainless steel socket head screw, 6-32, 3/4"
Hematoxylin Solution, Gill No. 1 Millipore Sigma GHS132-1L Hematoxylin Solution, Gill No. 1
Hex nut McMaster-Carr 91841A007 Stainless steel hex nut, 6-32
Hold-down toggle clamp McMaster-Carr 5126A71 Hold-down toggle clamp
Impact device n/a n/a custom made
Impact platform n/a n/a custom made
K-wires Jorvet Labs J0250A JorVet Intramedullary Steinman Pins, Trocar-Trocar 1/16" x 7"
Lab View National Instruments n/a n/a
Load cell Kistler 9712B5000 Load cell
MATLAB The MathWorks Inc. n/a n/a
Microscope Leica DMi-8 Leica DMi8 microscope with LAS-X software
Midazolam Almaject 72611-749-10 Midazolam Hydrochloride injection: 5mg/ml by Almaject
milling machine depth stops McMaster-Carr 2949A71 Clamp-on milling machine depth stops
Mobile C-arm Philips 718095 BV Pulsera, Mobile C-arm
Mounted linear ball bearing McMaster-Carr 9338T7 Mounted linear ball bearing
Needle Driver A2Z Scilab A2ZTCIN39 TC Webster Needle Holder Smooth Jaws 5", Premium
Pentobarbital Vortech 0298-9373-68 Pentobarbital 390 mg/mL by Vortech
Safranin O Millipore Sigma HT90432 Safranin O
Small Battery pack STRYKER NS014036 6212 Small Battery pack- 9.6 V
Steel rod, 2’ McMaster-Carr 89535K25 Steel rod, 2’
Sterile Saline ICU Medical 6139-22 AquaLite Solution Pour Bottles, 250 mL
Stryker 6110-120 System 6 Battery Charger STRYKER OR-S6110-120
Surgical gloves McKesson 1044729 Surgical Glove McKesson Perry Size 6.5 Sterile Pair Latex Extended Cuff Length Smooth Brown Not Chemo Approved
Surgical gown McKesson 1104452 Non-Reinforced Surgical Gown with Towel McKesson Large Blue Sterile AAMI Level 3 Disposable
Suture scissors Jorvet Labs J0910SA Super Cut Scissors, Mayo, Straight, 5 1/2″
TUNEL staining kit ABP Bioscience A049 TUNEL Chromogenic Apoptosis Detection Kit
Weitlaner Retractors Fine Science Tools 17012-11 2x Weitlaner-Locktite Retractors

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Thomas, A. C., Hubbard-Turner, T., Wikstrom, E. A., Palmieri-Smith, R. M. Epidemiology of posttraumatic osteoarthritis. Journal of Athletic Training. 52 (6), 491-496 (2017).
  2. Pasquale, M. K., et al. Healthcare Utilization and costs of knee or hip replacements versus pain-relief injections. American Health Drug Benefits. 8 (7), 384-394 (2015).
  3. Yao, J. J., et al. Direct Inpatient medical costs of operative treatment of periprosthetic hip and knee infections are twofold higher than those of aseptic revisions. Journal of Bone and Joint Surgery America. 103 (4), 312-318 (2021).
  4. Anatone, A. J., et al. Decreased implant survival is associated with younger patients undergoing total knee arthroplasty. HSS Journal. 18 (2), 290-296 (2022).
  5. Stone, B., Nugent, M., Young, S. W., Frampton, C., Hooper, G. J. The lifetime risk of revision following total knee arthroplasty : a New Zealand Joint Registry study. The Bone and Joint Journal. 104-B (2), 235-241 (2022).
  6. Chen, D., et al. Osteoarthritis: toward a comprehensive understanding of pathological mechanism. Bone Research. 5, 16044 (2017).
  7. Robinson, W. H., et al. Low-grade inflammation as a key mediator of the pathogenesis of osteoarthritis. Nature Review Rheumatology. 12 (10), 580-592 (2016).
  8. Perez-Garcia, S., et al. Profile of matrix-remodeling proteinases in osteoarthritis: impact of fibronectin. Cells. 9 (1), 40 (2019).
  9. Hashimoto, S., Ochs, R. L., Komiya, S., Lotz, M. Linkage of chondrocyte apoptosis and cartilage degradation in human osteoarthritis. Arthritis Rheumatology. 41 (9), 1632-1638 (1998).
  10. Natoli, R. M., Athanasiou, K. A. Traumatic loading of articular cartilage: Mechanical and biological responses and post-injury treatment. Biorheology. 46 (6), 451-485 (2009).
  11. Coleman, M. C., Brouillette, M. J., Andresen, N. S., Oberley-Deegan, R. E., Martin, J. M. Differential effects of superoxide dismutase mimetics after mechanical overload of articular cartilage. Antioxidants (Basel). 6 (4), 98 (2017).
  12. Goodwin, W., et al. Rotenone prevents impact-induced chondrocyte death. Journal of Orthopaedic Research. 28 (8), 1057-1063 (2010).
  13. Wolff, K. J., et al. Mechanical stress and ATP synthesis are coupled by mitochondrial oxidants in articular cartilage. Journal of Orthopaedic Research. 31 (2), 191-196 (2013).
  14. Delco, M. L., Bonnevie, E. D., Bonassar, L. J., Fortier, L. A. Mitochondrial dysfunction is an acute response of articular chondrocytes to mechanical injury. Journal of Orthopaedic Research. 36 (2), 739-750 (2018).
  15. Coleman, M. C., Ramakrishnan, P. S., Brouillette, M. J., Martin, J. A. Injurious loading of articular cartilage compromises chondrocyte respiratory function. Arthritis Rheumatology. 68 (3), 662-671 (2016).
  16. Bobinac, D., Spanjol, J., Zoricic, S., Maric, I. Changes in articular cartilage and subchondral bone histomorphometry in osteoarthritic knee joints in humans. Bone. 32 (3), 284-290 (2003).
  17. Coleman, M. C., et al. Targeting mitochondrial responses to intra-articular fracture to prevent posttraumatic osteoarthritis. Science Translational Medicine. 10 (427), eaan5372 (2018).
  18. Heraud, F., Heraud, A., Harmand, M. F. Apoptosis in normal and osteoarthritic human articular cartilage. Annals of Rheumatological Diseases. 59 (12), 959-965 (2000).
  19. Narez, G. E., Fischenich, K. M., Donahue, T. L. H. Experimental animal models of post-traumatic osteoarthritis of the knee. Orthopedic Reviews (Pavia). 12 (2), 8448 (2020).
  20. Fischenich, K. M., et al. Chronic changes in the articular cartilage and meniscus following traumatic impact to the lapine knee. Journal of Biomechanics. 48 (2), 246-253 (2015).
  21. Isaac, D. I., Meyer, E. G., Kopke, K. S., Haut, R. C. Chronic changes in the rabbit tibial plateau following blunt trauma to the tibiofemoral joint. Journal of Biomechanics. 43 (9), 1682-1688 (2010).
  22. Wei, F., et al. Post-traumatic osteoarthritis in rabbits following traumatic injury and surgical reconstruction of the knee. Annals of Biomedical Engineering. 50 (2), 169-182 (2022).
  23. Terracciano, R., et al. Quantitative high-resolution 7T MRI to assess longitudinal changes in articular cartilage after anterior cruciate ligament injury in a rabbit model of post-traumatic osteoarthritis. Osteoarthritis and Cartilage Open. 4 (2), 100259 (2022).
  24. Huang, K., Cai, H. L., Zhang, P. L., Wu, L. D. Comparison between two rabbit models of posttraumatic osteoarthritis: A longitudinal tear in the medial meniscus and anterior cruciate ligament transection. Journal of Orthopaedic Research. 38 (12), 2721-2730 (2020).
  25. Sun, Z. B., Peng, H. Experimental Study on the prevention of posttraumatic osteoarthritis in the rabbit knee using a hinged external fixator in combination with exercises. Journal of Investigative Surgery. 32 (6), 552-559 (2019).
  26. Gardner, M. J., et al. The incidence of soft tissue injury in operative tibial plateau fractures: a magnetic resonance imaging analysis of 103 patients. Journal of Orthopedic Trauma. 19 (2), 79-84 (2005).
  27. Dilley, J. E. B. M. A., Roman, N., McKinley, T. O., Sankar, U. Post-traumatic osteoarthritis: A review of pathogenic mechanisms and novel targets for mitigation. Bone Reports. 18, 101658 (2023).
  28. Seol, D., et al. Effects of knockout of the receptor for advanced glycation end-products on bone mineral density and synovitis in mice with intra-articular fractures. Journal of Orthopedic Research. 36 (9), 2439-2449 (2018).
  29. Furman, B. D., et al. Joint degeneration following closed intraarticular fracture in the mouse knee: a model of posttraumatic arthritis. Journal of Orthopedic Research. 25 (5), 578-592 (2007).
  30. 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 Cartilage. 18 Suppl 3, S17-S23 (2010).
  31. McCoy, A. M. Animal models of osteoarthritis: comparisons and key considerations. Veterinary Pathology. 52 (5), 803-818 (2015).
  32. Fening, S. D., Jones, M. H., Moutzouros, V., Downs, B., Miniaci, A. Method for Delivering a controlled impact to articular cartilage in the rabbit knee. Cartilage. 1 (3), 211-216 (2010).
  33. Leucht, F., et al. Development of a new biomechanically defined single impact rabbit cartilage trauma model for in vivo-studies. Journal of Investigative Surgery. 25 (4), 235-241 (2012).
  34. Vrahas, M. S., Smith, G. A., Rosler, D. M., Baratta, R. V. Method to impact in vivo rabbit femoral cartilage with blows of quantifiable stress. Journal of Orthopedic Research. 15 (2), 314-317 (1997).
  35. Borrelli, J. Jr, Burns, M. E., Ricci, W. M., Silva, M. J. A method for delivering variable impact stresses to the articular cartilage of rabbit knees. Journal of Orthopedic Trauma. 16 (3), 182-188 (2002).
  36. Milentijevic, D., Rubel, I. F., Liew, A. S., Helfet, D. L., Torzilli, P. A. An in vivo rabbit model for cartilage trauma: a preliminary study of the influence of impact stress magnitude on chondrocyte death and matrix damage. Journal of Orthopedic Trauma. 19 (7), 466-473 (2005).
  37. Alexander, P. G., et al. An In vivo lapine model for impact-induced injury and osteoarthritic degeneration of articular cartilage. Cartilage. 3 (4), 323-333 (2012).
  38. Bonitsky, C. M., et al. Genipin crosslinking decreases the mechanical wear and biochemical degradation of impacted cartilage in vitro. Journal of Orthopedic Research. 35 (3), 558-565 (2017).
  39. Bartley, K. A., Johnson, C. H. Human Infant pants for postoperative protection during social housing of new zealand white rabbits (Oryctolagus cuniculus). Journal of the American Association for Laboratory Animal Science. 58 (4), 510-516 (2019).
  40. Lillie, R. D., Fullmer, H. M. Histopathologic technic and practical histochemistry. , 4th edn, Blakiston Division, McGraw-Hill. (1976).
  41. Armed Forces Institute of Pathology: Laboratory Methods in Histotechnology. Washington DC: American Registry of Pathology. Prophet, E., Mills, B., Arrington, J. B., Sobin, L. H. , (1992).
  42. Dilley, J. E., et al. CAMKK2 is upregulated in primary human osteoarthritis and its inhibition protects against chondrocyte apoptosis. Osteoarthritis and Cartilage. 31 (7), 908-918 (2023).
  43. Pritzker, K. P., et al. Osteoarthritis cartilage histopathology: grading and staging. Osteoarthritis Cartilage. 14 (1), 13-29 (2006).
  44. Christiansen, B. A., et al. Non-invasive mouse models of post-traumatic osteoarthritis. Osteoarthritis Cartilage. 23 (10), 1627-1638 (2015).
  45. Borrelli, J., Zaegel, M. A., Martinez, M. D., Silva, M. J. Diminished cartilage creep properties and increased trabecular bone density following a single, sub-fracture impact of the rabbit femoral condyle. Journal of Orthopaedic Research. 28 (10), 1307-1314 (2010).
  46. Borrelli, J., Silva, M. J., Zaegel, M. A., Franz, C., Sandell, L. J. Single high-energy impact load causes posttraumatic OA in young rabbits via a decrease in cellular metabolism. Journal of Orthopedic Research. 27 (3), 347-352 (2009).
  47. Borrelli, J. Jr, Zhu, Y., Burns, M., Sandell, L., Silva, M. J. Cartilage tolerates single impact loads of as much as half the joint fracture threshold. Clinical Orthopedics and Related Research. 426, 266-273 (2004).
  48. Karnik, S., et al. Decreased SIRT1 activity is involved in the acute injury response of chondrocytes to ex vivo injurious mechanical overload. International Journal of Molecular Sciences. 24 (7), 6521 (2023).
  49. Mevel, E., et al. Systemic inhibition or global deletion of CaMKK2 protects against post-traumatic osteoarthritis. Osteoarthritis Cartilage. 30 (1), 124-136 (2022).

Tags

Medicin udgave 201
En reproducerbar bruskpåvirkningsmodel til generering af posttraumatisk slidgigt hos kaninen
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Dilley, J., Noori-Dokht, H.,… More

Dilley, J., Noori-Dokht, H., Seetharam, A., Bello, M., Nanavaty, A., Natoli, R. M., McKinley, T., Bault, Z., Wagner, D., Sankar, U. A Reproducible Cartilage Impact Model to Generate Post-Traumatic Osteoarthritis in the Rabbit. J. Vis. Exp. (201), e64450, doi:10.3791/64450 (2023).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter