Summary

Analyse par micro-tomodensitométrie du genou chez des cobayes Dunkin-Hartley âgés après injection intra-articulaire

Published: August 02, 2024
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Summary

Les cochons d’Inde Dunkin-Hartley sont un modèle animal établi pour la recherche sur l’arthrose. De telles études peuvent bénéficier des injections intra-articulaires pour diverses raisons, notamment l’étude de nouveaux agents ou le traitement de maladies. Nous décrivons une méthodologie pour les injections intra-articulaires du genou chez les cobayes et l’analyse ultérieure par micro-tomodensitométrie évaluant les changements du genou associés à l’arthrite.

Abstract

L’objectif de ce protocole est de guider les chercheurs dans la réalisation d’une technique guidée par palpation d’injection intra-articulaire du genou chez les cobayes et d’évaluation à l’aide de la micro-tomodensitométrie. Les cobayes Dunkin-Hartley sont des modèles robustes pour la recherche sur l’arthrose, car ils développent spontanément de l’arthrose dans les genoux. L’administration intra-articulaire de médicaments est une méthode courante pour étudier les effets d’un médicament expérimental in vivo. Chez l’homme, les agents thérapeutiques administrés par injection intra-articulaire peuvent soulager la douleur et retarder la progression de l’arthrose. Comme pour toute espèce, l’introduction d’une aiguille dans un espace articulaire peut causer des blessures, ce qui peut entraîner des douleurs, des boiteries ou des infections. De tels événements indésirables peuvent compromettre le bien-être des animaux, fausser les résultats de l’étude et nécessiter la présence d’animaux supplémentaires pour atteindre les objectifs de l’étude. En tant que tel, il est impératif de développer des techniques d’injection appropriées pour prévenir les complications, en particulier dans les études longitudinales qui nécessitent des injections intra-articulaires multiples et répétées. À l’aide de la méthodologie présentée, cinq cobayes ont reçu des injections bilatérales au genou sous anesthésie générale. Sept jours après l’injection, les animaux ont été euthanasiés sans cruauté pour l’analyse de la gravité de l’arthrose. Aucun effet indésirable n’est survenu après l’anesthésie ou les injections au genou, y compris la boiterie, la douleur ou l’infection. L’analyse par micro-tomodensitométrie à rayons X du genou permet de détecter les changements pathologiques associés à l’arthrose. Les données de micro-tomodensitométrie indiquent que l’arthrose est plus grave chez les animaux plus âgés, comme l’indique l’augmentation de la densité minérale osseuse et de l’épaisseur trabéculaire avec l’âge. Ces résultats sont cohérents avec les changements histologiques et les scores de Mankin modifiés, un système de notation établi et largement utilisé pour évaluer la gravité de l’arthrite chez ces mêmes animaux. Ce protocole peut être utilisé pour affiner les injections intra-articulaires chez les cobayes.

Introduction

L’arthrose touche 32,5 millions d’adultes américains. Elle est causée par une perte progressive du cartilage articulaire, une légère inflammation des tissus dans et autour des articulations et la formation d’ostéophytes et de kystes osseux 1,2. Les symptômes se manifestent généralement dans les derniers stades de la maladie, les traitements actuels n’apportant qu’un soulagement palliatif et ayant des effets secondaires systémiques. Le manque de médicaments modificateurs de la maladie provient d’une mauvaise compréhension des mécanismes sous-jacents de la maladie3. Par conséquent, il existe un besoin médical critique et continu d’agents améliorés pour traiter l’arthrose.

Il existe plusieurs modèles animaux d’arthrose qui examinent différentes composantes des processus pathologiques4. Bien qu’il existe plusieurs modèles chirurgicaux, dont la section du ligament croisé antérieur et la déstabilisation du ménisque médial, ceux-ci sont invasifs et nécessitent un haut niveau de compétence technique5. Les modèles induits chimiquement sont des procédures comparativement moins invasives généralement utilisées pour étudier les mécanismes de la douleur de l’arthrose6. L’un de ces modèles murins largement utilisés implique l’induction de l’arthrose par une injection intra-articulaire d’iodoacétate monosodique (MIA) dans le genou. Ce modèle génère un phénotype douloureux reproductible, robuste et rapide qui peut être classé en modifiant la dose7 de MIA. Les détails techniques de l’induction de ce modèle ont été décrits précédemment7. L’application de cette technique aux rongeurs plus gros, comme les cochons d’Inde, est difficile en raison de leurs différences anatomiques. Certaines différences incluent une augmentation de la musculature entourant les os adjacents et l’espace articulaire chez le cobaye et un péroné et un tibia articulés par rapport à la fusion distale observée chez la souris8. Les cobayes Dunkin-Hartley, une souche de cobaye largement disponible, constituent un modèle animal d’arthrose établi car ils développent naturellement cette maladie, offrant ainsi un modèle robuste pour étudier les effets de nouvelles thérapies administrées par injection intra-articulaire sur la progression de la maladie9. Les cobayes Dunkin-Hartley commencent à développer une arthrose à trois mois, les mâles présentant un développement accéléré et un phénotype10 plus sévère. Chez les cobayes, l’arthrose progresse avec l’âge, et à 12 mois, la pathologie associée est apparente à l’imagerie11. Les modèles d’arthrose spontanée, comme le modèle de Dunkin-Hartley, ne nécessitent aucune intervention pour induire l’arthrose et récapitulent ainsi le développement et la progression du phénotype de la maladie chez l’homme, fournissant ainsi un modèle translationnel puissant10. De plus, le développement spontané de l’arthrose permet le contrôle interne lorsque de nouveaux traitements sont administrés unilatéralement dans un seul genou d’un animal donné. Ce contrôle interne minimise les effets des variabilités inter-animaux lors de l’analyse des données et peut aider à réduire le nombre total d’animaux.

L’analyse par microtomodensitométrie à rayons X (μCT) est un outil puissant qui permet une évaluation quantitative de la gravité de l’arthrose12. La tomodensitométrie consiste à balayer plusieurs images radiographiques à haute résolution, obtenues à partir d’un échantillon en rotation ou d’une source de rayons X en rotation et d’un détecteur13. Ensuite, des données volumétriques tridimensionnelles (3D) sont reconstruites sous la forme de tranches d’images empilées14. Étant donné que l’os minéralisé présente un excellent contraste sur la tomodensitométrie, cette modalité peut être utilisée pour évaluer les caractéristiques 3D et effectuer des analyses quantitatives des changements associés à l’OA 15,16,17. La tomodensitométrie offre plusieurs avantages par rapport aux outils plus largement utilisés, notamment l’histopathologie et les analyses de la démarche. Contrairement à l’évaluation histologique d’une ou de quelques sections de tissus, la TDM scanne l’ensemble de l’articulation et offre une évaluation plus holistique des lésions d’arthrose18. Bien que l’analyse de la marche puisse discerner des changements symptomatiques dans la fonction articulaire au fil du temps, les changements articulaires se développent bien avant les changements fonctionnels associés à l’arthrose. μCT peut fournir une mesure plus sensible du développement de l’arthrose avant le début de la boiterie. Deux mesures quantitatives particulièrement pertinentes comprennent la densité minérale osseuse et l’épaisseur trabéculaire, car les deux augmentent tout au long de la progression de l’arthrose19,20. Il peut être utile de diviser l’analyse en plaque sous-chondrale et en os trabéculaire, car elles ont des caractéristiques différentes, afin d’obtenir des mesures et des comparaisons plus robustes.

L’objectif global de cette méthode est d’aider les chercheurs à réaliser avec succès des injections intra-articulaires sur des cobayes. Le protocole présenté a utilisé des cobayes Dunkin-Hartley mâles intacts âgés de cinq (n = 2), neuf (n = 1) et 12 (n = 2) mois ; Les procédures peuvent être extrapolées à d’autres souches et âges de cobayes nécessitant des injections intra-articulaires au genou. Dans les modèles spontanés d’arthrose, comme le modèle Dunkin-Hartley, la progression de la maladie et la réponse au traitement en série sont souvent surveillées sur de longues périodes, allant de quelques semainesà plusieurs mois. Ce protocole étendu entraîne de multiples injections intra-articulaires, et il est donc important de disposer d’une technique d’injection appropriée pour prévenir les événements indésirables, notamment la douleur, la boiterie ou les infections, qui peuvent tous avoir un impact sur le bien-être des animaux et fausser les résultats de l’étude tout en nécessitant la présence d’animaux supplémentaires à l’étude. Le protocole présenté décrit la méthodologie des injections intra-articulaires chez les cobayes et l’analyse ultérieure des données de μCT.

Protocol

Toutes les méthodes décrites ici ont été approuvées par le comité institutionnel de soin et d’utilisation des animaux de l’Université médicale de Caroline du Sud. L’étude a suivi le principe des 3R. 1. Préparations d’injection intra-articulaire Laissez les cobayes Dunkin-Hartley s’acclimater à l’installation pendant au moins une semaine avant de commencer l’expérience.REMARQUE : Des cobayes mâles âgés de 5 (n = 2), 9 (n = 1) et 12 (n …

Representative Results

Avant d’effectuer des injections intra-articulaires sur des animaux vivants, le protocole ci-dessus a été pratiqué sur trois cadavres de rats pour assurer le bon emplacement de l’injection. Au cours des séances d’entraînement, 50 μL de nouveau colorant bleu de méthylène à 70 % ont été injectés dans les deux articulations du genou en utilisant la méthodologie décrite ci-dessus. Cela équivaut à six injections d’entraînement. Après les injections, l’articulation du genou a été disséquée par i…

Discussion

Malgré les progrès récents dans le traitement symptomatique de l’arthrose, il y a une absence totale d’agents thérapeutiques qui préviennent l’apparition ou retardent la progression de l’arthrose24. À l’heure actuelle, le seul remède contre l’arthrose sévère est le remplacement articulaire, qui est coûteux, invasif et peut entraîner une morbidité et une mortalité pour les patients25. Par conséquent, il existe un besoin urgent de poursuivre la reche…

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

La recherche décrite dans ce manuscrit a été soutenue par les fonds de dotation de la chaire SmartState® de Caroline du Sud en matière de découverte de médicaments (PMW), la division des ressources animales de laboratoire de la MUSC et le centre de découverte de médicaments de la MUSC. Cette publication a également été soutenue par le National Center for Advancing Translational Sciences des National Institutes of Health sous les numéros de subvention TL1 TR001451 et UL1 TR001450, ainsi que par le National Institute of Dental & Craniofacial Research des National Institutes of Health sous le numéro de subvention R01DE029637.

Materials

200 Proof Ethanol Decon Laboratories 2701 sterilizing agent
3D.SUITE software Bruker μ-CT analyzing software
Betadine Surgical Scrub Avrio Health 67618-151-16 sterilizing agent
Insulin syringe with needle Ulticare 91008 to perform injections
Isoflurane Piramal 803249 anesthesize animal
Neutral Buffered Formalin Fisher Scientific 23-427098 Fix tissue
Nrecon Software Bruker μ-CT reconstruction software
Phosphate Buffered Saline Cytiva SH30258.01 control and diluting agent
SkyScan 1176 Bruker to scan samples 

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Xu, J. X., Xu, F. Z., Furbish, A., Peterson, Y. K., Woster, P. M., Braxton, A. M. Micro-Computed Tomography Analysis of the Knee in Aged Dunkin-Hartley Guinea Pigs after Intra Articular Injection. J. Vis. Exp. (210), e66053, doi:10.3791/66053 (2024).

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