Waiting
Login processing...

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

Medicine

מודל פגיעת סחוס הניתן לשחזור ליצירת דלקת מפרקים ניוונית פוסט טראומטית בארנב

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

מודל ההשפעה של קונדיל פמורלי מדיאלי פתוח בארנבים אמין לחקר דלקת מפרקים ניוונית פוסט-טראומטית (PTOA) ואסטרטגיות טיפוליות חדשניות למיתון התקדמות PTOA. פרוטוקול זה יוצר פגם סחוס מבודד של קונדיל הירך המדיאלי האחורי בארנבים באמצעות מגדל טיפה מבוסס כרכרה עם ראש משפיע.

Abstract

דלקת מפרקים ניוונית פוסט-טראומטית (PTOA) אחראית ל-12% מכלל מקרי דלקת מפרקים ניוונית בארצות הברית. PTOA יכול להיות יזום על ידי אירוע טראומטי יחיד, כגון עומס בעל השפעה גבוהה הפועל על הסחוס המפרקי, או על ידי חוסר יציבות במפרק, כפי שקורה עם קרע ברצועה הצולבת הקדמית. אין כיום טיפולים יעילים למניעת PTOA. פיתוח מודל אמין של PTOA בבעלי חיים נחוץ כדי להבין טוב יותר את המנגנונים שבאמצעותם נגרם נזק לסחוס ולחקור אסטרטגיות טיפול חדשניות כדי להקל או למנוע את התקדמות PTOA. פרוטוקול זה מתאר מודל פתוח המבוסס על מגדל נפילה של קונדיל הירך כדי לגרום נזק לסחוס. דגם זה סיפק עומסי שיא של 579.1 ± 71.1 N, ועומסי שיא של 81.9 ± 10.1 MPa עם עומס זמן לשיא של 2.4 ± 0.5 אלפיות השנייה. לסחוס מפרקי מקונדילים פמורליים מדיאליים מושפעים (MFCs) היו שיעורים גבוהים יותר של תאים אפופטוטיים (p = 0.0058) והיו בעלי ציונים גבוהים יותר של Osteoarthritis Research Society International (OARSI) של 3.38 ± 1.43 בהשוואה ל- MFCs קונטרלטרליים שלא נפגעו (0.56 ± 0.42), ומשטחי סחוס אחרים של הברך הפגועה (p < 0.0001). לא נמצאו הבדלים בציוני OARSI בין המשטחים המפרקיים שלא נפגעו (p > 0.05).

Introduction

דלקת מפרקים ניוונית פוסט-טראומטית (PTOA) היא גורם מוביל לנכות ברחבי העולם, ומהווה 12%-16% מדלקת מפרקים ניוונית סימפטומטית (OA)1. תקן הזהב הנוכחי לניהול OA סופי הוא ארתרופלסטיקה כוללת של הברך והירך 2 או ארתרודזיס, כמו במקרהשל דלקת מפרקים טיביוטלרית או תת-קרקעית בשלב הסופי. למרות הצלחה רבה, arthroplasty יכול להיות סיבוכים יקרים וחולניים3. בנוסף, ארתרופלסטיקה פחות רצויה בחולים מתחת לגיל 50, בהתחשב בהישרדות השתל ללא תיקון נמוכה של 77%-83%4,5. נכון לעכשיו, אין טיפולים שאושרו על ידי ה- FDA כדי למנוע או למתן את התקדמות PTOA.

PTOA משפיע על כל המפרק, כולל הרקמה הסינוביאלית, העצם הסובכונדרלית והסחוס המפרקי. הוא מאופיין בניוון סחוס מפרקי, דלקת סינוביאלית, עיצוב מחדש של עצם סובכונדרלית והיווצרות אוסטאופיטים 6,7. הפנוטיפ של PTOA מתפתח בתהליך מורכב של יחסי גומלין בין סחוס, סינוביום ועצם סובכונדרלית. ההבנה כיום היא שפגיעה בסחוס מובילה לשחרור רכיבי מטריצה חוץ-תאיים (ECM) כגון קולגן מסוג 2 (COL2) ואגרקן (ACAN). מקטעי רכיבי ECM אלה הם פרו-דלקתיים וגורמים לייצור מוגבר של מיני חמצן IL-6, IL-1β וחמצן תגובתי. מתווכים אלה פועלים על כונדרוציטים, וגורמים להגברת הוויסות של מטאלופרוטאזות מטריצה (MMPs), כגון MMP-13, אשר פוגעות בסחוס המפרקי תוך הפחתת סינתזת המטריצה, מה שמוביל לסביבה קטבולית כוללת לסחוס המפרקי8. בנוסף, יש עדויות לאפופטוזיס כונדרוציטים מוגבר בדלקת מפרקים ניוונית ראשונית ו- PTOA 9,10. תפקוד לקוי של המיטוכונדריה מתרחש לאחר העמסה על-פיזיולוגית של סחוס 11,12,13,14, מה שעלול להוביל לעלייה בכונדרוציטים אפופטוזיס 12,15. אפופטוזיס כונדרוציטים משופר נקשר לדלדול מוגבר של פרוטאוגליקן ולקטבוליזם סחוס והוכח כי הוא מקדים שינויים בסחוס ובעיצוב מחדש של עצם סובכונדרלית16,17,18.

כמו ברוב המחלות האנושיות, יש צורך במודלים אמינים ותרגומיים של PTOA כדי להבין עוד יותר את הפתופיזיולוגיה של המחלה ולבחון טיפולים חדשניים. בעלי חיים גדולים כגון חזירים וכלבים שימשו במודלים של שבר תוך מפרקי ופגיעה של PTOA17,19, אך הם יקרים. מודלים קטנים יותר של בעלי חיים, כגון עכברים, חולדות וארנבות הם פחות יקרים ומשמשים לחקר PTOA שנוצר באמצעות ערעור יציבות המפרקים, אשר בדרך כלל כרוך טרנסקציה כירורגית של הרצועה הצולבת הקדמית (ACL) ו / או הפרעה של המניסקוס המדיאלי 20,21,22,23,24,25. למרות שטראומה במפרק יכולה להוביל לתוצאות שונות, כולל פגיעה ברצועה26, עומס מכני של הסחוס מתרחש כמעט בכל המקרים.

ישנן עדויות מתפתחות לכך שהפתולוגיה מאחורי התפתחות PTOA לאחר חוסר יציבות רצועתית (כמו בטרנסקציה ACL) ופגיעה כונדרלית חריפה נובעת ממנגנונים ברורים27. לכן, פיתוח מודלים של פגיעה ישירה בסחוס הוא חשוב. כיום יש מספר מוגבל של מודלי פגיעה המייצרים פגיעה אוסטאוכונדרלית או כונדרלית בחולדות ועכברים28,29. עם זאת, סחוס מורין אינו מתאים היטב ליצירת פגמים כונדרליים מבודדים. הסיבה לכך היא שהסחוס המפרקי של מורין הוא בעובי של 3-5 שכבות תאים בלבד וחסר אזורי סחוס שטחיים מאורגנים, רדיאליים ואזורי מעבר, כמו גם שכבת הסחוס המסוידת העבה המצויה בבני אדם ובבעלי חיים גדולים יותר. דגמי מורין מציגים גם רזולוציה ספונטנית של פגמים בסחוס חלקי30,31. לפיכך, בחרנו בארנב עבור מודל השפעה זה מכיוון שעובי הסחוס שלו וארגונו דומים לאלה של בני אדם, והוא מודל החיות הקטן ביותר שיאפשר העברת פגיעה כונדרלית עקבית שתוצאתה PTOA. מודלים כירורגיים פתוחים קודמים של פגיעת קונדיל הירך בארנב השתמשו במטוטלת32, מכשיר לפגיעה בסחוס טעון קפיץידני 33, ומגדל נפילה שאפשר יצירת משפיען ספציפי לארנב34. עם זאת, מחקרים אלה חסרו נתוני vivo. אחרים דיווחו על נתוני in vivo עם מכשירי פגיעה מבוססי מטוטלת35, פנאומטיים36 ו-37 טעוני קפיץ10, ומחקרים אלה מראים שיעור גבוה של שונות בשיא הלחץ ושיעורי ההעמסה בין השיטות. עם זאת, בתחום חסרה גישה עקבית למודל אמין של טראומת סחוס חריפה in vivo.

הפרוטוקול הנוכחי משתמש במערכת מבוססת מגדל טיפה כדי לספק השפעה עקבית על הקונדיל המדיאלי האחורי של ברך הארנב. גישה אחורית לברך משמשת לחשיפת קונדיל הירך המדיאלי האחורי. לאחר מכן מניחים סיכת שטיינמן על פני קונדיל הירך מהמדיאלי לצדדי בקו אחד עם פני המפרק ומאובטחים לפלטפורמה. לאחר האבטחה, מועבר עומס לקונדיל הירך המדיאלי האחורי. שיטה זו מאפשרת העברת נזק עקבי לסחוס למשטח נושא המשקל של עצם הירך הדיסטלית של הארנב.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

ההליך הבא בוצע באישור הוועדה המוסדית לטיפול ושימוש בבעלי חיים של בית הספר לרפואה של אוניברסיטת אינדיאנה (IACUC). כל ניתוחי ההישרדות בוצעו בתנאים סטריליים, כפי שנקבע בהנחיות ה-NIH. סיכוני כאב וזיהום נוהלו באמצעות משככי כאבים ואנטיביוטיקה מתאימים כדי לייעל את התוצאות המוצלחות. ארנבים לבנים מניו זילנד זכרים בוגרים בשלד, במשקל 3.0-4.0 ק"ג, שימשו במחקר הנוכחי.

1. ייצור מגדל טיפה

  1. צור שרטוטי CAD עבור רכיבים של מגדל הטיפה, פלטפורמת הבסיס והמנגנון לאבטחת סיכת שטיינמן (איורים משלימים 1-14).
  2. רכישת רכיבים זמינים מסחרית (ראה טבלת חומרים).
  3. לרכוש את חלקי המכונה של המכשיר או לתת שרטוטי CAD למכונאי לייצור.
    הערה: נדרש מכונאי בדיוק גבוה עם יכולת ייצור כלים כדי לייצר את קצה הפגיעה בקוטר 3 מ"מ (איור משלים 1, חלק 20 ואיורים משלימים 13,14). לפנים הפוגעות של ראש הפגיעה היו עקמומיות של 7.14 מ"מ ו-5.56 מ"מ במישור הקשת והעטרה, בהתאמה, כדי להתאים לעקמומיות של קונדיל הארנב המדיאלי35 (איורים משלימים 13,14).
  4. הרכיבו חלקים כך שמגדל הצניחה מורכב ממרכבה הנעה על שני מוטות אנכיים באמצעות מיסבים כדוריים ליניאריים בעלי יישור קבוע, ופלטפורמת הבסיס תומכת בארנב ומאבטחת את סיכת שטיינמן (איור 1 ואיור 2).
    הערה: לקרן הצולבת של המרכבה בעיצוב זה יש קשיחות כיפוף השווה לזו של מגדל נפילה38 קודם עם רמת רטט מקובלת.

2. הכנת בעלי חיים

  1. לשקול את הארנב ולהרדים אותו באמצעות 2.5 מ"ג / ק"ג alfaxalone ו 0.15 מ"ג / ק"ג midazolam IM (ראה טבלה של חומרים). יש למרוח משחת עיניים על שתי העיניים לאחר הזירוז. שמור על הרדמה באמצעות ~ 2%-3% isoflurane. תן buprenorphine SR (0.1 מ"ג / ק"ג) SQ עבור שיכוך כאבים ו enrofloxacin perioperative (10 מ"ג / ק"ג) SQ. במקום Buprenorphine, NSAIDs כגון Carprofen, 4mg / kg או Meloxicam, 0.2 – 0.3mg / kg או Ketoprofen, 3mg / kg ניתן לתת כמו זריקות SQ.
  2. לגלח את האיבר האחורי של הארנב מהקרסול ועד האחורי. זהירות יתרה נדרשת בהסרת שיער ארנב כדי למנוע זיהום של החתך. חשוב להשתמש בסט של קוצצי שיער ארנבים ייעודיים וחדים.
  3. הניחו את בלוק הרגל הקדמית מפלדת אל-חלד (איור משלים 1, חלק מס' 2 ואיור משלים 4) מתחת לקצה משטח הפגיעה וכסו את המשטח בכרית חימום. הניחו את עצם החזה של הארנב (כלומר, נוטה) על כרית החימום. הניחו בליטה מרופדת מתחת לירך הנגדית.
    1. ודאו שהגפיים הניתוחיות ממורכזות ומונחות על גוש הפוליאתילן (איור 2A1). השתמש בסרט משי כדי למשוך בעדינות את הזנב מעולה ונגד הגפיים האופרטיביות.
  4. נגבו את אתר הניתוח עם כלורוהקסידין וגזה סטרילית ספוגה באלכוהול 70%. יש לשפשף את אזור הניתוח, החל מהברך האחורית, עם טאטוא מעגלי כלפי חוץ. חזרו על הפעולה לפחות 3 פעמים עם פילינג טרי, עם 70% אלכוהול.
  5. מניחים כפפה סטרילית מעל כף הרגל הניתוחית עד הקרסול ועוטפים אותה בעטיפה סטרילית מלוכדת.
  6. יש לעטוף את אתר הניתוח בשלושה וילונות: אחד ישירות מתחת לגפיים הניתוחיות והשניים האחרים כדי לכסות את שאר הגוף. הדקו את הווילונות בעזרת מהדקי מגבות.

3. חשיפה כירורגית

הערה: לפני הניתוח והפגיעה, יש לקבוע אמפירית את המשקל וגובה הנפילה המספקים נזק לסחוס הנראה לעין ללא שבר עצם סובכונדרלי עבור הזן הספציפי, הגיל והמין של הארנב.

  1. מישוש המיקום של הפטלה קדמית כדי להעריך את המיקום של מפרק הברך, אשר ממוקם דיסטלי לפטלה. באמצעות 15 להבים, לבצע חתך 3-4 ס"מ לאורך האספקט האחורי של הברך המורחבת מגובה המוט העליון של patella distally.
  2. בצעו דיסקציות בוטות וחדות דרך הפאשיה השטחית שמתחתיה. לפתח את המרווח בין העור מדיאלי ואת gastrocnemius מדיאלי לרוחב. מקם משענת Weitlaner השומרת את עצמה במרווח זמן זה (ראה טבלת חומרים).
    1. שכבה פשיאלית משנית תיראה רק מעל העורק והווריד הספני. לנתח לרוחב את saphenous ולמשוך את כלי הדם מדיאלי ואת קומפלקס גסטרוקוזולי האחורי לרוחב.
      הערה: יש להקפיד לא לחתוך כלי דם זה. אם עורק זה ניזוק, להבטיח קשירה נכונה, כמו הלם דימום לאחר הניתוח יכול להתרחש.
  3. יש לנתח באופן דיסטלי עד לזיהוי פאבלה ניידת קטנה מעל קונדיל הירך המדיאלי האחורי. בצע arthrotomy כדי לגייס את fabella superolateral, לחשוף את קונדיל הירך המדיאלי הבסיסי. יש להסיר בעדינות את הרקמה הרכה על ידי דיסקציה קהה וחדה כדי לחשוף את האספקט האחורי של קונדיל הירך המדיאלי. השתמש במשענת עצמית חופשית יותר וקריקט (ראה טבלת חומרים) כדי למשוך רקמות רכות ברמה זו.
  4. תוך שמירה על הקונדיל חשוף, מקדמים סיכת שטיינמן בקוטר 0.062 אינץ' (ראו טבלת חומרים) לרוחב עצם הירך הדיסטלית, החל מהאספקט העליון של קונדיל הירך המדיאלי וממורכז בכיוון הקדמי-אחורי של קונדיל הירך המדיאלי, בערך 5 מ"מ מהאספקט האחורי של הקונדיל.
    1. הניעו את החוט לרוחב דרך העצם והעור הצידי במקביל למשטח המפרק באמצעות דרייבר סיכות סטיינמן המופעל באמצעות סוללות. מישוש האפיקונדיל הצידי יבטיח את המסלול המתאים של סיכת שטיינמן.
  5. הסר את המשלימים וסגור את העור בתפר פוליסורב 3-0 (ראה טבלת חומרים) בצורה פועלת. מכסים את החתך בגזה סטרילית.

4. השפעת קונדיל הירך

  1. הסר את הווילון מתחת לגפה האופרטיבית וחבר את סיכת שטיינמן לפלטפורמת פגיעה בגובה הניתנת להתאמה אישית ומתכווננת. ראשית, הניחו מתחת לסיכה את ההיבט התחתון שניתן לכוונן את גובהו של מכשיר האבטחה של סיכת שטיינמן (איור 2A2). ודא שהחוט מקביל לקרקע על פלטפורמה זו על ידי התאמת גובה הבורג לפי הצורך.
    1. לאחר שווידאתם שפין שטיינמן מקביל לקרקע, הניחו את ההיבט העליון מבוסס הבורג של הפלטפורמה המאובטחת (איור 2A3) על ההיבט התחתון מבוסס הבורג של החלק הניתן לכוונון גובה. ודא שסיכת Steinman מאובטחת היטב על-ידי הברגת המוט העליון לחלק המתכוונן בגובה התחתון של פלטפורמת אחיזת הפינים (איור 2A2).
  2. לאחר הצמדת סיכת שטיינמן לפלטפורמה, יש להסיר את התפר ולפתוח מחדש את החתך. חשוף את קונדיל הירך המדיאלי עם Weitlaner ו retractors קריקט שמירה עצמית. ייתכן שיהיה צורך ב-Freer נוסף כדי למשוך רקמות רכות נוספות מהנתיב של קצה הפגיעה (איור 2B).
  3. נגבו את מגדל הטיפה עם חומר חיטוי מאושר. חברו את ראש הפגיעה הסטרילי בקוטר 3 מ"מ (איור 2A4) לעגלת מגדל הצניחה. הביאו את מגדל הצניחה מעל הקצה האופרטיבי ומקמו את בסיסו (איור 2A6) מתחת לפלטפורמה הפוגעת (איור 3A).
  4. הורידו בעדינות את המשפיע (איור משלים 2, חלק 20, ואיור משלים 13) למרכז קונדיל הירך המדיאלי האחורי. ודא שאין רקמה רכה בדרכו של המשפיע.
    1. הזיזו את הארנב או המגדל לפי הצורך כדי לוודא שראש הפוגע ממורכז מעל קונדיל הירך המדיאלי האחורי (איור 3B). בכל פעם שהארנב מועבר או ממוקם מחדש, יש להעריך את האתר הכירורגי עבור כל הפסקות אפשריות לסטריליות ולעקר מחדש את האזור במידת הצורך.
  5. לאחר הבטחת המסלול המתאים, הדקו את המגדל אל הרציף באמצעות מהדקי המתג (איור 2A5,  ראו טבלת חומרים).
  6. יש לתת מנה אחת של אלפקס תוך ורידי (0.5-0.7 מ"ג/ק"ג) 5-10 דקות לפני הפגיעה להרדמה עמוקה יותר מבלי להגביר את ההרדמה בממסים נדיפים.
    הערה: היעדר רפלקס מישוש, משיכת דוושה ורפלקס פינה מעידים על הרדמה עמוקה יותר. הרדמה עמוקה זו מסייעת למנוע תגובות גפיים אפשריות במהלך המיקום במכשיר ובמהלך הפגיעה.
    אזהרה: אם ניתן מהר מדי, alfaxalone יכול לגרום דום נשימה חולף היפוקסיה בארנבים ויש לתת אותו לאט במשך 1-2 דקות. אם היפוקסיה מתרחשת, להבטיח חמצון נאות ושיקום של חיוניות לפני שתמשיך.
  7. מקמו את המשפיע על מגדל הנפילה בגובה הרצוי מעל קונדיל הירך המדיאלי. עבור מכלול המרכבה הנוכחי, כולל המסבים, עם מסה של 1.41 ק"ג, זהו גובה של 7 ס"מ.
    הערה: גובה מגדל הנפילה נקבע ממחקרי פיילוט על רקמת גופה. גובה זה יצר נזק נראה לעין לסחוס אך לא שבר עצם סובכונדרלי עבור הארנבים במחקר זה.
  8. לחץ על לחצן התחל בתוכנת איסוף הנתונים LabVIEW (קובץ קידוד משלים 1) ממש לפני שחרור מעצור הציר (איור משלים 2, פריט מס' 14) כדי לשחרר את הכרכרה ולאפשר לה לצנוח תחת כוח הכבידה.
    הערה: תוכנת איסוף הנתונים תאסוף את הנתונים מתא עומס (איור 1, 6) הממוקם בין המשפיע למרכבה וממד תאוצה (איור 1, 7) במהלך הפגיעה במהירות של 100 קילוהרץ באמצעות מחשב נייד המחובר למודול איסוף נתונים.
  9. מקם את קובץ txt שנוצר על ידי תוכנת איסוף הנתונים באותה תיקייה עם קוד ניתוח הנתונים של Matlab (קובץ קידוד משלים 2) והפעל את קוד ניתוח הנתונים כדי לסנן נתונים גולמיים ולחשב פרמטרים של השפעה.
  10. ודא שהעומס המרבי מזוהה. נקודת הזמן המשויכת נחשבת לזמן של עיוות מקסימלי ומהירות אפס.
    הערה: קוד ניתוח נתונים ינתח את כל קבצי txt בתיקיה וידווח על התוצאות עבור כל קובץ. הקוד יקבע את תחילת וסיום ההשפעה בהתבסס על שינויים בנתוני זמן הטעינה. נתונים ממד התאוצה ישולבו מספרית לחישוב מהירות וישולבו שוב לחישוב התזוזה. קוד ניתוח נתונים יחשב מספרית את הדחף, העבודה והאנרגיה הקינטית מהנוסחאות הבאות:
    Equation 1
    Equation 2
    Equation 3
    כאשר F הוא הכוח הנמדד על ידי חיישן העומס, x 0 ו- t 0 הם התזוזה והזמן בתחילת הפגיעה, ו- x, ו- t f הם התזוזה והזמן בסוף הפגיעה. קצב ההעמסה יחושב מספרית כממוצע של dσ/dt בשלב ההעמסה של ההשפעה. שיא הלחץ יחושב על ידי חלוקת עומס השיא באזור המגע של ראש המשפיע.
  11. בצעו הדמיה של משטח הסחוס כדי לקבוע אם נגרם נזק מתאים לסחוס (איור 4A).

5. סגירת אתר כירורגי

  1. הסר את מגדל הצניחה מעל הקצה האופרטיבי. הניחו את כל כלי הניתוח המשומשים בצד והחליפו לכפפות סטריליות חדשות.
    הערה: בהתחשב בכך שמגדל הנפילה אינו סטרילי, כל הכלים ששימשו עד לפגיעה צריכים להיחשב כעת מזוהמים.
  2. יש למרוח מחדש וילון סטרילי על הגפיים התחתונות ולקבל מסירים עצמיים סטריליים שאינם בשימוש.
  3. לחשוף מחדש את קונדיל הירך המדיאלי ולהשקות ביסודיות את אתר הניתוח עם 50-60 מ"ל של מלוחים סטריליים.
  4. סגור את הקפסולה האחורית בתפר פוליסורב 5-0, ולאחר מכן סגור את העור בתפר מונוסורב 4-0 (ראה טבלת חומרים).
  5. הזריקו 2 מ"ל של לידוקאין/בופיוואקאין לשיכוך כאבים מקומי סביב החתך תוך עורי.
  6. הסר את סיכת Steinman עם ערכת דרייבר כוח (ראה טבלת חומרים) על-ידי תנודה כדי למזער את הפגיעה ברקמות רכות.
  7. הלבישו את הפצע בחבישה לא דביקה, ואחריה סרט הדבקה. בצעו צילום רנטגן של הגפיים הניתוחיות כדי לוודא שלא התרחש שבר ומיקום סיכה מתאים (איור 4B).

6. ניהול לאחר הניתוח

  1. החזירו את הארנב לכלוב שלו והשגיחו עליו על שמיכות מחוממות עד שהוא מתאושש מהרדמה (~ 25 דקות).
  2. המשך לעקוב מקרוב אחר הארנבים במשך מספר ימים לאחר הניתוח כדי להבטיח שהם מחלימים כראוי וחוזרים לניידות. יש לתת אנרופלוקסצין (10 מ"ג/ק"ג) במשך יומיים לאחר הניתוח לטיפול מונע זיהום. מתן שיכוך כאבים buprenorphine SR (0.1 מ"ג / ק"ג) תת עורית כל 2-3 ימים לאחר הניתוח לפי הצורך. במקום Buprenorphine, NSAIDs כגון Carprofen, 4mg / kg SQ מדי יום, Meloxicam, 0.2 – 0.3mg / kg SQ מדי יום עד 3 ימים או Ketoprofen, 3mg / kg SQ מדי יום ניתן לתת 3-5 ימים לאחר הניתוח לפי הצורך.
    הערה: הצלחנו למנוע היחלשות פצעים לאחר הניתוח, עקב ליקוק ארנב או לעיסה, עם מיקום מכנסי ילודים אנושיים מעל הגפיים האחוריות39. אם הארנב לועס דרך המכנסיים, ניתן להניח צווארון אליזבתני (ראו טבלת חומרים) כדי למנוע לעיסת החתך.

7. הערכה היסטולוגית

  1. בגיל 16 שבועות לאחר הפציעה, קוצרים ברכיים מארנבים מומתים, מקבעים אותם בפורמלין חוצץ ניטרלי 10% למשך 48 שעות, ולאחר מכן מטמיעים פרפין וחותכים לפרוסות בעובי 5 מיקרומטר.
  2. לאחר דה-פרפיניזציה והתייבשות, יש להכתים את החלקים בספרנין O ירוק מהיר לפי פרוטוקולים סטנדרטיים40,41.
  3. בצע את בדיקת הסימון הסופית של deoxynucleotidyl transferase dUTP nick end labeling (TUNEL) על המקטעים באמצעות ערכת זיהוי אפופטוזיס כרומוגנית של TUNEL בהתאם להוראות היצרן, מוכתם בהמטוקסילין42 (ראה טבלת חומרים).

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

הצלחת ההליך הזה נוטרה מיד לאחר הפגיעה על-ידי הדמיה של הקונדיל על-ידי המנתח (איור 4A) ועל-ידי רדיוגרפיה כדי לוודא שלא התרחש שבר (איור 4B). קיים סיכון לכשל פגיעה המוביל לשבר תוך ניתוחי של הקונדיל. זה נבע בדרך כלל ממיקום לא נכון של סיכות שטיינמן (איור 5). במודל זה נמצא שיעור כשל בשבר משני לשבר תוך ניתוחי של 9.0% (6 מתוך 67 ניתוחים). שיא הלחץ הממוצע היה 81.9 ± 10.1 MPa (CV = 12.3%), וקצב הטעינה הממוצע היה 36.6 ± 11.0 MPa/ms (CV = 30.1%). גם פרמטרים אחרים היו עקביים, כאשר קורות החיים נעו בין 5%-23.5% (לוח 1).

ספרנין O-fast ירוק מוכתמים חתכים היסטולוגיים של מפרקי הברך מ n = 8 ארנבים הוערכו עבור השפלה סחוס ופתולוגיה של דלקת מפרקים ניוונית באמצעות מערכת הניקוד Osteoarthritis Research Society International (OARSI)43. נזק לסחוס לא נצפה בקונדיל הירך הנגדי שלא נפגע (איור 6A) והיה מקומי בעיקר למקום הפגיעה (איור 6B). קונדילים פמורליים מדיאליים (MFCs) שהושפעו במשך 16 שבועות היו בעלי ציוני OARSI גבוהים יותר של 3.38 ± 1.43 בהשוואה ל- MFCs של בקרה נגדית עם ציון OARSI של 0.56 ± 0.42 (p < 0.0001) (איור 6C). יתר על כן, MFCs מושפעים של הברך הציגו גם ציוני OARSI גבוהים יותר מאשר הרמה הטיביאלית המדיאלית (MTP; 0.71 ± 0.59), הרמה הטיביאלית הצידית (LTP; 0.88 ± 0.64) וקונדיל הירך הצידי (LFC; 0.81 ± 1.00) של אותה ברך (p < 0.0001) (איור 6D). לעומת זאת, לא נצפו הבדלים בציוני OARSI בין מדורי MFC (0.56 ±-0.42), LTP (0.50 ±-0.46), MTP (0.28 ±-0.45) ו-LFC (0.25 ±-0.46) של תאי הברך הלא-מושפעת הנגדית (p > 0.05) (איור 6E). כמו כן, לא היו הבדלים משמעותיים בין משטחי המפרקים LFC, MTP ו-LTP שהושפעו ולא נפגעו (p >0.05) (איור 6F).

לסחוס מפרקי מ-MFC מושפע שנקצר לאחר 16 שבועות היו רמות גבוהות יותר של TUNEL חיובי (69.1 ±-14.4%), מה שמצביע על אפופטוזיס כונדרוציטים מוגבר, בהשוואה ל-MFC שלא נפגעו (53.4% ±-12.4%) (p = 0.0058) (איור 7).

Figure 1
איור 1: מנגנון מגדל טיפה. (1) מוטות אנכיים. (2) משטח אלומיניום שלתוכה מתאימים מוטות ללחיצה. (3) צלחת לריסון נוסף של המוטות. (4) מיסבים כדוריים ליניאריים בעלי יישור קבוע. (5) ראש משפיען המותקן על הכרכרה. (6) תא טעינה. (7) מד תאוצה. אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של איור זה.

Figure 2
איור 2: רכיבים המשמשים במהלך הליכים כירורגיים ומיקום הארנב על מנגנון הפגיעה. (א) מכשיר המשמש ליצירת פגיעה בסחוס וזיהוי המרכיבים: (1) משטח פגיעה מפוליאתילן, (2) חלק מתכוונן לגובה של מכשיר החזקת סיכת שטיינמן, (3) אספקט עליון של מנגנון אחיזת סיכת שטיינמן המתכוונן לגובה, (4) ראש השפעה סטרילי בקוטר 3 מ"מ, (5) החלפת מהדקים להחזקת פלטפורמת הפגיעה למנגנון מגדל הצניחה, ו-(6) בסיס פלטפורמת הפגיעה. (B) מיקום הגפה האחורית של הארנב עם סיכת שטיינמן (מסומנת בחצים אדומים) המקובעת לפלטפורמה לפני פגיעת קונדיל הירך המדיאלי האחורי. וילונות הושמטו מהדמויות לצורכי הדגמה. גופה שימשה ליצירת התמונות. אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של איור זה.

Figure 3
איור 3: מיקום נכון של המשפיע על קונדיל הירך המדיאלי . (A) מנגנון פגיעה מעל הגפה האחורית של הארנב המאובטח לפלטפורמה. (B) מיקום נכון של קצה המשפיע על קונדיל הירך המדיאלי לפני הפגיעה. וילונות הושמטו מהדמויות לצורכי הדגמה. אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של איור זה.

Figure 4
איור 4: פגם סחוס מוצלח . (A) הופעה גסה צפויה של פגיעה בסחוס הנוצרת במודל זה. כניסה היא אזור מוגדל של משטח הסחוס הפגוע, כאשר הפגם מסומן בעיגול מקווקו. (B) מיקום מתאים של סיכת שטיינמן בעצם הירך הדיסטלית, במרחק של לפחות 5 מ"מ משטח הסחוס האחורי וקרוב לזווית משטח המפרק (מעגל רדיולוסנטי בקונדילים של עצם הירך). סרגל קנה מידה = 5 מ"מ. לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של איור זה.

Figure 5
איור 5: פגם סחוס לא מוצלח. צילום רנטגן המראה סיכה שאינה במקומה בקונדיל הירך המדיאלי, וכתוצאה מכך שבר אוסטאוכונדרלי בפגיעה. החץ האדום מצביע על מיקום שגוי של סיכת שטיינמן. החץ השחור מצביע על קונדיל הירך המדיאלי השבור. סרגל קנה מידה = 5 מ"מ. לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של איור זה.

Figure 6
איור 6: חומרת דלקת מפרקים ניוונית מוגברת בקונדיל הירך המדיאלי הפגוע. חלקים מייצגים (A) קונטרלטרליים ו-(B) מושפעים מקונדיל הירך המדיאלי (MFC) המוכתמים בספרנין-O (כתם אדום של תוכן פרוטאוגליקן) וירוק מהיר (כתם כחול-ירוק של רקמת חיבור עם תכולת פרוטאוגליקן נמוכה יותר). הגדלה: פי 400; סרגל קנה מידה = 62.3 מיקרומטר. (C) ניקוד OARSI של MFC מושפע ובקרה. (D) ציוני OARSI של כל תאי המפרקים ממפרק הברך הפגוע. (E) ציוני OARSI של תאי המפרק ממפרק הברך הנגדי שאינו מושפע. (F) ציוני OARSI של תאי המפרקים מברכיים פגועות ולא מושפעות. קונדיל הירך המדיאלי (MFC), הרמה הטיביאלית המדיאלית (MTP), הרמה הטיביאלית הצידית (LTP) וקונדיל הירך הצידי (LFC). השוואות קבוצתיות בוצעו באמצעות מבחן t של סטודנט או ANOVA, ואחריו מבחן HSD פוסט-הוק של Tukey. אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של איור זה.

Figure 7
איור 7: עלייה בכונדרוציטים אפופטוטיים ב-MFC שנפגע. תמונות מייצגות המתארות חלקים מוכתמים ב-TUNEL של (A) MFC נגדי שלא נפגע ו-(B) MFC פגוע 16 שבועות לאחר הפגיעה בהגדלה של 400x. סרגל קנה מידה = 62.3 מיקרומטר. חיוביות טונל מסומנת על ידי גרעינים בצבע חום. (C) כימות של תאים חיוביים ל-TUNEL במדפסות MFC שהושפעו ובקרה. הקבוצות הושוו על ידי מבחן t של סטודנט זוגי. אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של איור זה.

טבלה 1: פרמטרי ההשפעה של המחקר. זה כולל שיא מתח (Megapascals; MPa), עומס שיא (ניוטון; N), קצב טעינה (Megapascals לאלפית השנייה; MPa/ms), משך השפעה (אלפיות שניה; ms), עבודה (Joules; J), דחף (שניות ניוטון; N·s), אנרגיה קינטית (Joules; J), תאוצה (מטר לשנייה בריבוע; m/s2), וזמן לעומס שיא (אלפיות השנייה; ms). אנא לחץ כאן כדי להוריד טבלה זו.

טבלה 2: זמני ניתוחי השפעה. אנא לחץ כאן כדי להוריד טבלה זו.

טבלה 3: היתרונות והחסרונות של המודל המתואר כעת. אנא לחץ כאן כדי להוריד טבלה זו.

תרשים משלים 1: תיאור מפורט של חלקים ורשימת חלקים של פלטפורמת בסיס. אנא לחץ כאן כדי להוריד קובץ זה.

תרשים משלים 2: תיאור חלקים מפורט ורשימת חלקים של מגדל דרופ. אנא לחץ כאן כדי להוריד קובץ זה.

תרשים משלים 3: שרטוט חלק 01-טבלת מחזיקי ארנב. אנא לחץ כאן כדי להוריד קובץ זה.

תרשים משלים 4: שרטוט חלק 02 - רגל קדמית. אנא לחץ כאן כדי להוריד קובץ זה.

תרשים משלים 5: שרטוט חלק 03-רגל ראשית. אנא לחץ כאן כדי להוריד קובץ זה.

תרשים משלים 6: שרטוט בסיס מחזיק תיל חלק 04-K. אנא לחץ כאן כדי להוריד קובץ זה.

תרשים משלים 7: שרטוט חלק 05-מחזיק חוטי K-wire של ראש בורג. אנא לחץ כאן כדי להוריד קובץ זה.

תרשים משלים 8: שרטוט חלק 06-לוח פוליאתילן. אנא לחץ כאן כדי להוריד קובץ זה.

תרשים משלים 9: שרטוט חלק 07-לוחית. אנא לחץ כאן כדי להוריד קובץ זה.

תרשים משלים 10: שרטוט חלק 11-מחזיק עליון. אנא לחץ כאן כדי להוריד קובץ זה.

תרשים משלים 11: שרטוט חלק 16-לוח השפעה. אנא לחץ כאן כדי להוריד קובץ זה.

תרשים משלים 12: שרטוט חלק 17-קרן משפיעה. אנא לחץ כאן כדי להוריד קובץ זה.

תרשים משלים 13: שרטוט חלק 20-קצה משפיע. אנא לחץ כאן כדי להוריד קובץ זה.

איור משלים 14: ציור העקמומיות של ראש קצה המשפיע. אנא לחץ כאן כדי להוריד קובץ זה.

קובץ קידוד משלים 1: DropTestVIManual(1).vi. אנא לחץ כאן כדי להוריד קובץ זה.

קובץ קידוד משלים 2: ImpactAnalysis(1).m. אנא לחץ כאן כדי להוריד קובץ זה.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

הליך כירורגי זה נועד ליצור נזק סחוסי עקבי למשטח נושא המשקל של קונדיל הירך המדיאלי של הארנב במודל של PTOA. יתרונו של הליך זה הוא שהגישה האחורית לברך מאפשרת הדמיה ישירה של קונדיל הירך המדיאלי האחורי המלא, וניתן לבצעו תוך כ-37 דקות (טבלה 2). כמו כן יש לציין כי זהו מודל פציעה פתוח ועלול להוביל לשינויים דלקתיים חריפים מעבר להשפעה בלבד עקב נזק פוטנציאלי לסינוביום ולקפסולת המפרק17,44. היתרונות והחסרונות של המודל מסוכמים בטבלה 3. ננקטה זהירות כדי למנוע פגיעה במבנים רצועתיים ומניסקליים כדי להבטיח את יציבות המפרקים. כתוצאה מכך, לא נמצאו הבדלים בין גפי הבקרה הנגדית לבין הגפיים הפגועות בתאי המפרקים מחוץ לאזור הפגיעה (מישורים טיביאליים מדיאליים ולטרליים וקונדילים צדיים של עצם הירך).

ההיבט הקריטי ביותר של פרוטוקול זה הוא יצירת נגע סחוס מבודד בקונדיל הירך. מסלול הסיכות של שטיינמן משפיע רבות על הצלחת שיטה זו. אם החוט אינו מקביל לפני השטח של המפרק או אם הוא ממוקם אחורית מדי ביחס למרכז קונדיל הירך המדיאלי, זה יכול להוביל לשבר אוסטאוכונדרלי של קונדיל הירך (איור 5). האפיקונדיל הצידי הוא נקודת ציון מוחשית באופן עקבי שניתן להשתמש בה למסלול סיכה מתאים.

בעלי חיים עם שברים של העצם subchondral יש להסיר מן המחקר. בשיטת המחקר הנוכחית היה לנו שיעור כישלון משני לשבר תוך ניתוחי של 9.0% (6 מתוך 67 ניתוחים). שיעור שבר זה נמוך יותר ממודל פגיעה מבוסס מטוטלת פתוחה של MFC, שהיה לו שיעור שברים של 28%45. אנו ממליצים לנסות שיטה זו עם דגימות גופות עד שהמנתח וצוות המחקר ירגישו בנוח עם הגישה והתוצאה. שיטה זו נוסתה בדגימות גופות של גפיים אחוריות וארנבים לבנים שלמים בניו זילנד לפני ניסויי in vivo .

שיטה זו דומה לשיטות ליצירת נזקי סחוס חריפים שפורסמו בעבר. קצב הטעינה של מודל השפעה זה של 51.0 ± 16.0 MPa/ms היה גבוה יותר מעבודות קודמות באמצעות מטוטלת (סביב 0.5 עד 6 MPa/ms)35,46,47, או גליל פניאומטי (~0.4 MPa/ms)36 ונמוך מזה של התקן פגיעה טעון קפיץ (~ 530 MPa/ms)37. טכניקת האימפקט הנוכחית מדגמנת עומס מתון בהשוואה לדגמים קודמים, וכתוצאה מכך מתח שיא של 81.9 ± 10.1 מגפ"ס עם קורות חיים של 12.3% התואמים לדגמים קודמים של עומסי מטוטלת, עומס קפיץ וצילינדר פנאומטי, כאשר ארבעה דגמים קודמים סיפקו לחצים של 10.1-169 מגפ"ס, עם קורות חיים הנעים בין 0.85-40.5%36,37, 45,46.

מגבלה אחת של מודל זה היא שהוא לא יצר שברים אוסטאוכונדרליים ולכן לא חיקה באופן מלא את השברים התוך מפרקיים האופייניים שנצפו במסגרת הקלינית17. כמו כן צוין כי התאוצה הממוצעת של עגלת מגדל הנפילה לפני הפגיעה הייתה 6.4 ± 0.4 מטר לשנייה 2, נמוכה מתאוצת הנפילה החופשית הכבידתית של 9.8 מטר לשנייה2, ככל הנראה בשל חיכוך מיסבי הכדור. עם זאת, השיטה מאפשרת לבודד את ההשפעות המושפעות בתיווך סחוס של פתוגנזה PTOA, שאינן מובנות במלואן.

למרות שמספר מודלים מתוארים של לאפין מספקים פגיעה כונדרלית, השימוש בגישה האחורית לברך עם מודל מגדל הנפילה בולט כשיטה פשוטה, יעילה ורלוונטית קלינית ליצירת PTOA, המאפשרת לחקור את הפתוגנזה שלה ולבחון טיפולים חדשניים. בסך הכל, מודל פגיעת קונדיל הירך הפוסט-מדיאלי הפתוח הוא פלטפורמה מבטיחה לחקר האירועים התאיים והמולקולריים הקשורים ל- PTOA ולזיהוי מטרות טיפוליות חדשות48,49 כדי למנוע או להפחית פגיעה בסחוס.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

רומן נטולי מעביר הרצאות עבור AO Trauma North America, הוא עורך מדור עבור Current Osteoporosis Reports, וקיבל תמלוגים מספרי לימוד ממורגן וקלייפול. טוד מקינלי מקבל תמלוגים מאינומד. לשאר המחברים אין מה לחשוף.

Acknowledgments

מחקר זה נתמך על ידי DoD Peer Review Medical Research Program - Investigator-Initiated Research Award W81XWH-20-1-0304 מפעילות רכש המחקר הרפואי של צבא ארה"ב, על ידי NIH NIAMS R01AR076477 ותוכנית הכשרה מקיפה לשרירים ושלד T32 מה-NIH (AR065971) ועל ידי NIH NIAMS Grant R01 AR069657. המחברים רוצים להודות לקווין קאר על שסיפק את מומחיותו בעיבוד שבבי וייצור לפרויקט זה, ולדרו בראון ולמרכז אינדיאנה לבריאות השלד והשרירים ליבת היסטולוגיה של העצם על הסיוע בהיסטולוגיה.

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

רפואה גיליון 201
מודל פגיעת סחוס הניתן לשחזור ליצירת דלקת מפרקים ניוונית פוסט טראומטית בארנב
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