Summary

Desarrollo y evaluación de un modelo de rata de defectos de cartílago de espesor total

Published: May 19, 2023
doi:

Summary

Este protocolo establece un modelo de defectos de cartílago de espesor total (FTCD) mediante la perforación de orificios en el surco troclear femoral de ratas y la medición del comportamiento del dolor posterior y los cambios histopatológicos.

Abstract

Los defectos del cartílago de la articulación de la rodilla causados por un traumatismo son una lesión común de las articulaciones deportivas en la clínica, y estos defectos provocan dolor en las articulaciones, deterioro del movimiento y, finalmente, osteoartritis de rodilla (kOA). Sin embargo, existe poco tratamiento eficaz para los defectos del cartílago o incluso para el kOA. Los modelos animales son importantes para el desarrollo de fármacos terapéuticos, pero los modelos existentes para los defectos del cartílago no son satisfactorios. Este trabajo estableció un modelo de defectos de cartílago de espesor total (FTCD) mediante la perforación de orificios en el surco troclear femoral de ratas, y el comportamiento del dolor posterior y los cambios histopatológicos se utilizaron como experimentos de lectura. Después de la cirugía, el umbral de retirada mecánica disminuyó, se perdieron condrocitos en el sitio lesionado, se aumentó la expresión de MMP13 de la metaloproteinasa de matriz y disminuyó la expresión de colágeno tipo II, lo que es consistente con los cambios patológicos observados en los defectos del cartílago humano. Esta metodología es fácil y sencilla de realizar y permite la observación macroscópica inmediatamente después de la lesión. Además, este modelo puede imitar con éxito los defectos clínicos del cartílago, proporcionando así una plataforma para estudiar el proceso patológico de los defectos del cartílago y desarrollar los fármacos terapéuticos correspondientes.

Introduction

El cartílago articular es un tejido muy diferenciado y denso formado por condrocitos y matriz extracelular1. La capa superficial del cartílago articular es una forma de cartílago hialino, que tiene una superficie lisa, baja fricción, buena resistencia y elasticidad, y excelente tolerancia al estrés mecánico2. La matriz extracelular está compuesta por proteoglicanos de colágeno y agua, y el colágeno tipo II es el principal componente estructural del colágeno, ya que representa alrededor del 90% del colágeno total3. Como no existen vasos sanguíneos ni nervios en el tejido cartilaginoso, carece de la capacidad de autorrepararse después deuna lesión. Por lo tanto, los defectos del cartílago causados por traumatismos siempre han sido una enfermedad articular intratable en las clínicas; Además, esta enfermedad articular tiende a afectar a los jóvenes, y la incidencia mundial va en aumento 5,6. La articulación de la rodilla es el sitio más común de defectos del cartílago, y los defectos aquí se acompañan de dolor articular, disfunción articular y degeneración del cartílago articular, lo que eventualmente conduce a la osteoartritis de rodilla (kOA)7. Los defectos del cartílago de la articulación de la rodilla suponen cargas económicas y fisiológicas para los pacientes y afectan gravemente a la calidad de vida de los pacientes8. Esta enfermedad supone un reto clínico importante y urgente sin soluciones inminentes. En la actualidad, la cirugía es el pilar del tratamiento de los defectos del cartílago, pero su resultado a largo plazo sigue siendo insatisfactorio9.

Los defectos clínicos del cartílago eventualmente conducen a kOA y, por lo tanto, los modelos animales de kOA se usan comúnmente para el estudio patológico de los defectos del cartílago y el desarrollo de fármacos. El establecimiento de modelos animales es importante para comprender el proceso fisiopatológico de reparación de defectos cartilaginosos, que pueden ser utilizados para observar la regeneración del cartílago y la alteración entre el fibrocartílago y el cartílago hialino10. Sin embargo, los modelos animales de kOA comúnmente utilizados, como los modelos quirúrgicos de transección del ligamento cruzado anterior (ACLT), desestabilización del menisco medial (DMM), ovariectomía (OVX) y Hulth, generalmente necesitan modelos a largo plazo y solo permiten evaluaciones patológicas y de dolor, lo que plantea limitaciones a la eficiencia del desarrollo de fármacos11. Además de los modelos quirúrgicos, los modelos químicos, como el monoyodoacetato (MIA) y la inyección de papaína, también resultan en defectos del cartílago, pero el grado del defecto no puede ser bien manejado y las condiciones están lejos de la realidad clínica11. La colisión es otro enfoque para modelar defectos del cartílago en animales más grandes, pero este método depende del uso de instrumentos específicos y rara vez se aplica12.

En resumen, los modelos de kOA existentes no son ideales para estudiar la patogénesis de los defectos del cartílago o desarrollar nuevos fármacos, y se necesita un modelo específico y estandarizado para los defectos del cartílago. Este estudio estableció un modelo de defectos de cartílago de espesor total (FTCD) mediante la perforación de agujeros en el surco troclear femoral en ratas. Para la evaluación del modelo se realizó observación macroscópica, pruebas de comportamiento al dolor y análisis histopatológico. A diferencia de otros modelos animales de kOA, este modelo tiene poco efecto en el estado general de las ratas. Este enfoque de modelado es accesible, se puede manejar bien y apoya la comprensión de la progresión de los defectos del cartílago a kOA y el desarrollo de terapias efectivas. Este modelo también se puede utilizar para probar terapias que previenen la kOA mediante la curación de defectos en las articulaciones preartríticas.

Protocol

Los experimentos con animales fueron aprobados por el Comité de Normas Médicas y Ética de la Universidad de Medicina Tradicional China de Zhejiang, que se ajusta a la legislación china sobre el uso y cuidado de animales de laboratorio. En el presente estudio, se utilizaron ratas macho Sprague-Dawley (SD) de 6 semanas de edad con un peso de 150-180 g. Los animales se obtuvieron de una fuente comercial (véase la Tabla de Materiales). 1. Establecimiento de un modelo de…

Representative Results

En este trabajo, se estableció un modelo de FTCD en ratas mediante la perforación de orificios en el surco troclear femoral y la detección del comportamiento del dolor y los cambios histopatológicos posteriores. Como se muestra en la Figura 1, 3 días después del modelado, en comparación con el grupo simulado, el MWT de las ratas en el grupo modelo se redujo significativamente, lo que sugiere hiperalgesia causada por el FTCD. A los 17 días después del modelado, el umbral de retirada …

Discussion

Este estudio describe un modelo animal para imitar defectos clínicos del cartílago mediante la perforación de agujeros en el surco troclear femoral de ratas (Figura suplementaria 1). Después de la lesión del cartílago, la excitabilidad o capacidad de respuesta de los nociceptores periféricos aumenta, lo que puede resultar en una disminución en el umbral del dolor y la mejora de la capacidad de respuesta a la estimulación18. En estudios preclínicos, el mo…

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Este estudio contó con el apoyo de la Fundación de Ciencias Naturales de Zhejiang (subvención número LQ20H270009), la Fundación de Ciencias Naturales de China (subvención números 82074464 y 82104890), la Fundación de Ciencias Médicas Tradicionales Chinas de Zhejiang (subvenciones números 2020ZA039, 2020ZA096 y 2022ZB137) y el Proyecto de Ciencia y Tecnología de la Salud Médica de la Comisión Provincial de Salud de Zhejiang (subvención número 2016KYA196).

Materials

3, 3 '-diaminobenzidine   Hangzhou Zhengbo Biotechnology Co., Ltd. ZLI-9019 The dye for IHC staining
Anti-Collagen III antibody Novus NB600-594 Primary antibody for IHC
Anti-Collagen II antibody Abcam (UK) 34712 Primary antibody for IHC
Anti-Collagen I antibody Novus NB600-408 Primary antibody for IHC
Bouin solution Shanghai Yuanye Technology Co., Ltd. R20381 The dye for Masson staining
Celestite blue Shanghai Yuanye Technology Co., Ltd. R20381 The dye for Masson staining
Corncob paddings   Xiaohe Technology Co., Ltd  Bedding for animal 
Eosin Sigma-Aldrich 861006 The dye for HE staining
Fast Green FCF Sigma-Aldrich F7252 The dye for SO staining
Goat anti-mouse antibody ZSGQ-BIO (Beijing, China) PV-9002 Secondary antibody for IHC
Goat anti-rabbit antibody ZSGQ-BIO (Beijing, China) PV-9001 Secondary antibody for IHC
Hematoxylin Sigma-Aldrich H3163 The dye for HE staining
Masson Shanghai Yuanye Technology Co., Ltd. R20381 The dye for Masson staining
Microdrill Rwd Life Science Co., Ltd 78001 Equipment for surgery
MMP13 Cell Signaling Technology, Inc. (Danvers, MA, USA) 69926 Primary antibody for IHC
Modular tissue embedding center Thermo Fisher Scientific (USA) EC 350 Produce paraffin blocks
Neutral resin Hangzhou Zhengbo Biotechnology Co., Ltd. ZLI-9555 Seal for IHC
Nonabsorbable suture Hangzhou Huawei Medical Supplies Co.,Ltd. 4-0 Equipment for surgery
Pentobarbital sodium  Hangzhou Zhengbo Biotechnology Co., Ltd. WBBTN5G Anesthetized animal
phosphomolybdic acid  Shanghai Yuanye Technology Co., Ltd. R20381 The dye for Masson staining
Ponceau fuchsin Shanghai Yuanye Technology Co., Ltd. R20381 The dye for Masson staining
Rotary and Sliding Microtomes Thermo Fisher Scientific (USA) HM325 Precise paraffin sections
Safranin-O Sigma-Aldrich S2255 The dye for SO staining
Scalpel blade Shanghai Lianhui Medical Supplies Co., Ltd. 11 Equipment for surgery
Sodium citrate solution (20x) Hangzhou Haoke Biotechnology Co., Ltd. HK1222 Antigen retrieval for IHC
Sprague Dawley (SD) rats  Shanghai Slake Experimental Animal Co., Ltd. SD Experimental animal
Tissue-Tek VIP 5 Jr Sakura (Japan) Vacuum Infiltration Processor
Toluidine Blue Sigma-Aldrich 89640 The dye for TB staining
Von Frey filament UGO Basile (Italy)  37450-275 Equipment for MWT assay
Wire mesh platform  Shanghai Yuyan Instruments Co.,Ltd. Equipment for MWT assay

References

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Zhang, H., Bao, R., Xu, J., Ge, Y., Chen, Z., Fan, M., Yu, G., Zhou, L., Guo, L., Shan, L., Bao, H. Development and Evaluation of a Rat Model of Full-Thickness Cartilage Defects. J. Vis. Exp. (195), e64475, doi:10.3791/64475 (2023).

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