Yöntem makalesi

Fibrozis ve Kas Yağ Dejenerasyonunun İncelenmesi için Tavşan Kronik Benzeri Rotator Manşet Yaralanma Modelinin Geliştirilmesi

DOI:

10.3791/64828

⸱

31 Mart 2023

 ,  ,  , 
1School of Biomedical Sciences, Faculty of Medicine, The Chinese University of Hong Kong, 2Institute for Tissue Engineering and Regenerative Medicine, The Chinese University of Hong Kong, 3Center for Neuromusculoskeletal Restorative Medicine, The Chinese University of Hong Kong, 4Key Laboratory for Regenerative Medicine, Ministry of Education, School of Biomedical Sciences, The Chinese University of Hong Kong, 5Department of Orthopaedics and Traumatology, Faculty of Medicine, The Chinese University of Hong Kong

Bu makalede

Özet

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Bu çalışma, kronik benzeri bir tavşan rotator manşet (RC) yaralanması oluşturma prosedürlerini detaylandırmaktadır. Spesifik olarak, yaralanma, şiddetli kas yağ dejenerasyonu (FD) dahil olmak üzere insan RC anatomisini ve patofizyolojisini taklit etmek için subskapularis (SSC) kas-tendon/miyotendinöz ünitede oluşturulur. Bu protokol, RC yaralanmalarını incelemek ve rejeneratif tedavileri değerlendirmek için uygulanabilir.

Özet

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Tavşan rotator manşet (RC) patofizyolojisi, ilişkili kas ve tendonlarında ilerleyici ve oldukça dejeneratif değişikliklere yol açabilir, bu da kas-tendon/miyotendinöz ünitenin gücü ve retraksiyonu gibi klinik olarak ilgili parametreleri olumsuz etkiler, sonuçta omuz fonksiyon kaybına neden olur ve RC onarım sonuçlarını olumsuz etkiler. İnsan RC anatomisi ve patofizyolojisinin yönlerini taklit eden hayvan modelleri, yaralanma ilerlemesinin kavramsal anlayışını ilerletmek ve etkili doku mühendisliği ve rejeneratif tıp tabanlı terapötikler geliştirmek için çok önemlidir.

Bu bağlamda, bir tavşan subskapularis (SSC) modeli, (i) en sık yaralanan RC bölgesi olan insan supraspinatus (SSP) kemik-tendon-kas ünitesine anatomik benzerliği; (ii) fibroz ve kas yağ dejenerasyonu (FD) açısından insanlara patofizyolojik benzerliği; ve (iii) cerrahi prosedürlere uygunluğu. Bu nedenle, bu çalışmanın amacı, SSC RC yaralanmasını indüklemek için kullanılan cerrahi teknikleri tanımlamaktır. Kısaca prosedür, korakobrachialis kasının tanımlanması ve ardından kas-tendon bileşkesinde tam kalınlıkta bir transeksiyon yapılması ve spontan yeniden bağlanmayı önlemek için kas-tendon bileşkesinin serbest ucunun silikon bazlı bir penrose tüpü ile sarılması yoluyla SSC'nin izolasyonunu içerir. Ameliyattan 4 hafta sonra hematoksilen ve eozin (H&E) ve Masson'un trikrom boyaması kullanılarak kas FD'sinin ilerlemesini izlemek için histolojik değerlendirmeler yapılır.

Kas kaybı ve FD, insan RC patofizyolojik koşullarına benzer şekilde, SSC kas-tendon bileşkesinin transeksiyonundan 4 hafta sonra belirgindi. Bu protokol, RC patofizyolojisi ile ilişkili iskelet kası değişikliklerini incelemek için güçlü bir araç olarak hizmet edebilecek ve kronik benzeri RC yırtıkları için yeni terapötik stratejilerin geliştirilmesine yardımcı olabilecek kronik benzeri bir tavşan SSC RC yaralanma modelini başarılı bir şekilde oluşturma adımlarını göstermektedir.

Giriş

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Kronik rotator manşet (RC) yırtıkları, kas sistemi ve tendonlarda kasların atrofisi, yağ dokusu birikimi ve fibroz dahil olmak üzere dejeneratif değişikliklerle karakterizedir, bu da RC onarımının sonucunu tehlikeye atabilir ve sonuçta omuz ağrısına ve disfonksiyonuna neden olabilir 1,2,3,4,5 . RC yırtığı patogenezini daha iyi anlamak ve cerrahi sonuçları iyileştirmek için, insan RC anatomisi ve patofizyolojisinin özelliklerini taklit edebilecek uygun hayvan modelleri geliştirmek çok önemlidir. Spesifik olarak, RC yaralanma modelleri aşağıdaki kriterleri karşılamalıdır: (i) yaralanmadan sonra kendiliğinden iyileşme eksikliği; (ii) önemli miktarda fibroz, kas atrofisi ve yağ dokusu birikimi içerir; ve (iii) insanlarda kullanılan cerrahi tekniklerin yaklaşmasına izin verecek yeterli büyüklükte olmalıdır6.

Bu bağlamda, tavşan subskapularis (SSC) kası, benzersiz anatomisi, patofizyolojik yanıtı ve biyomekanik özellikleri göz önüne alındığında, RC patofizyolojisinin incelenmesi için doğru ve güvenilir bir hayvan modeli olarak kullanılabilir7. Gerçekten de, tavşan SSC RC anatomisi, aşırı kullanımdan kaynaklanan yaralanma ile en sık ilişkili kas-tendon ünitesi olan insan supraspinatus (SSP) RC'ye benzer 8,9. Spesifik olarak, tavşan SSC tendon kompleksi kemikli bir tünelden ve korakobrachialis kasının altından geçer, bu da SSP tendon kompleksinin subakromiyal kemik tünelinden ve korakoakromiyal ligamanın7 altından geçtiği insanlardaki duruma benzer. Bu anatomik benzerlik, tavşan SSC'sinin, humerusun yükselmesi ve abdüksiyonu sırasında tendonun akromion altında hareket ettiği insan SSP'si ile benzer kas-iskelet hareketleri geçirmesine neden olur 7,10.

Ayrıca, SSC yırtılmasından sonra tavşanda insan RC yırtıklarına11 benzer patohistolojik değişiklikler gözlenmiştir. Spesifik olarak, kas göbeği, önemli bir kas kütlesi kaybı, kas-lif kesit alanının azalması ve yağlanmanın artması ile şiddetli FD'ye maruz kalır. Ek olarak, Otarodifard ve ark. (1) tek sıralı, (2) çift sıralı ve (3) transosseöz eşdeğer RC onarım tekniklerinden sonra tavşan SSC'nin biyomekanik özelliklerini değerlendirdi ve bu onarımların ilk biyomekanik özelliklerinin kadavra örneklerinde gerçekleştirilen insan SSP RC onarımlarına benzer olduğunu buldu12. Bu nedenle, tavşan SSC'sinin insan SSP'si ile anatomik, fizyolojik ve biyomekanik benzerliği, RC yaralanmalarını modellemek için kullanışlı hale getirir.

Sıçanlar, fareler, köpekler ve koyunlar dahil olmak üzere birçok hayvan türü, RC hastalığı ve onarımıçalışmasında kullanılmış olsa da 6,13,14,15, yaralanma kronikliğinin derecesi önemli bir husustur. Bunun nedeni, RC yırtıklarının asemptomatik olabilmesi ve genellikle çok daha sonra, yırtık büyüdüğünde ve doğada kronik hale geldiğinde, hem tendon hem de kasın ciddi dejenerasyon göstermesiyle teşhis edilebilmesidir16,17,18. Bununla birlikte, çoğu RC onarım modeli, sağlıklı tendonun kesildiği ve daha sonra hemen onarıldığı akut yaralanma modellerini kullanır 19,20,21,22. Bu, büyük ölçüde lojistik uygunluk ve teknik kolaylık nedenleriyle ortaya çıkar ve RC patofizyolojisini kronik benzeri bir ortamda inceleyen az sayıda çalışma ile sonuçlanır. Ayrıca, birkaç hayvan modeli, kronik RC çalışmaları için kullanımlarını engelleyen özelliklere sahip olabilir.

Örneğin, sıçan RC yırtılmasını ve müdahalesini modellemek için yaygın olarak kullanılmasına rağmen, yaralanmayı takiben önemli yağ birikiminin olmaması insan durumuyla çelişmektedir ve küçük boyutu tekrarlanan cerrahi prosedürleri zorlaştırmaktadır23. Ayrıca, Gerber ve ark. kronik RC yırtılmasından sonra kas atrofisi ve FD'yi incelemek için koyun infraspinatusunu kullanmış olsa da24, koyun infraspinatusu ile insan SSP'si arasında bazı anatomik farklılıkların yanı sıra bu kadar büyük bir hayvan modelini incelemek ve barındırmak için çok sayıda lojistik zorluk vardır. Ek olarak, Gerber ve ark. kronik bir RC yırtığının özelliklerini taklit etmek için infraspinatus kasının ve tendonun yüzeysel başını serbest bırakarak koyunlarda gecikmiş bir RC yaralanma modeli geliştirdiler ve daha sonra 4 ila 6 haftada tendon üzerinde farklı onarım tekniklerinin etkinliğini değerlendirdiler. Ne yazık ki, bu kronik benzeri koyun modeli, serbest bırakılan tendonun ucunun ikinci cerrahi prosedür sırasında skar dokusundan ayırt edilemez hale gelmesi nedeniyle bir sınırlamaya sahipti25.

Coleman ve ark. ayrıca, ilk ameliyat sırasında kesilen tendon ucunu sentetik bir zarla kaplayarak koyunlarda kronik bir RC yırtık modeli geliştirdiler, bu da besin difüzyonuna izin verdi ve yaralı doku çevresinde skar dokusu oluşumunu verimli bir şekilde en aza indirirken, tendon ve skar dokusu arasındaki ayrımı iyileştirdi26. Bu arada, Turner ve ark. büyük bir tendon retraksiyonunda doğrudan yeniden bağlanma nadiren gerçekleştiğinden, gecikmiş bir onarımın 4 hafta içinde yapılması gerektiğini önermiştir27. Birlikte, bu çalışmalar, kronik benzeri bir tavşan SSC RC yaralanma modelinin başarılı bir şekilde kurulması için tekrarlanabilir ve güvenilir protokollere katkıda bulunmuştur.

Bu protokolde, 4. haftada fibrozis ve FD aracılı kas atrofisi ile ilgili patolojik değişikliklerin histolojik değerlendirmelerle incelenebildiği kronik benzeri bir tavşan RC yaralanma modeli oluşturulmuştur. Özellikle, ilk ameliyat sırasında kas-tendon bileşkesinin serbest ucunun silikon bazlı bir penrose tüpü kullanılarak sarılması, ikinci cerrahi prosedür sırasında RC dokularının net bir şekilde tanımlanmasını sağlar ve sonuç olarak, iskele büyütme ile ve iskele büyütme olmadan RC iyileşmesini incelemek için güvenli bir onarımı kolaylaştırır. Toplamda, kronik benzeri bir tavşan SSC modeli, RC patofizyolojisini daha iyi taklit edebilir ve minimum teknik ve lojistik gereksinimler oluşturabilir.

Protokol

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Tüm işlemler, enstitünün hayvan deneyleri etik kurulu tarafından onaylanan bir protokole göre hayvan ameliyatları için ayrılmış uygun donanımlı bir odada steril cerrahi teknik kullanılarak yapılmalıdır. Bu çalışmada tavşan ameliyatları Hong Kong Çin Üniversitesi Hayvan Deneyleri Etik Kurulu tarafından onaylanan bir protokole uygun olarak gerçekleştirilmiştir.

1. Cerrahi prosedür

  1. Cerrahi alanı hazırlamak için, bir ısıtma yastığını önceden ısıtın ve tavşanın vücut ısısını korumak için steril cerrahi örtülerle kaplayın. Daha sonra, sterilize edilmiş cerrahi alet ve malzemeleri ( Malzeme Tablosunda belirtildiği gibi) yerleştirin ve bunları cerrahın tercihine göre düzenleyin.
  2. Yeni Zelanda beyaz tavşanlarına 35 mg / kg ketamin ve 5 mg / kg ksilazin intramüsküler uygulaması yoluyla anesteziyi indükleyin (3.5 ila 4.5 kg ağırlığında, yaklaşık 5-6.5 aylık; bu çalışmada iki erkek ve bir dişi tavşan kullanılmıştır). Daha sonra, anesteziyi bir pençe ve/veya kuyruk kıstırma testi ile onaylayın.
  3. Cerrahi düzlemi sürdürmek için ek anestezi gerekiyorsa, marjinal kulak damarı28 yoluyla intravenöz olarak 10 mg / kg ketamin ve 3 mg / kg ksilazin uygulayın ve hayvanın solunum hızını 5-10 dakikalık düzenli aralıklarla izleyin.
  4. Ameliyat penceresini hazırlamak için, amaçlanan insizyon bölgesini (SSC kas-tendon ünitesine yüzeysel cilt bölgesi) tıraş edin ve üç alternatif betadin ve% 70 alkol uygulamasıyla temizleyin. Betadin ve% 70 alkolü dairesel hareketlerle (içeriden dışarıya) uygulamak için pamuklu çubuk kullanın. Tavşanın gözlerini nemli ve yağlı tutmak için göz merhemi kullanın. Anti-enfektif ajan olarak intramüsküler olarak 20 mg / kg sefaleksin uygulayın.
  5. Klavikula inferiorunda 3-4 cm'lik bir cilt insizyonu yapın, 11 numaralı cerrahi neşter kullanarak deltopektoral aralığı ayırın ve omuza erişim sağlamak için geri çekilin (Şekil 1A,B).
  6. SSC kas-tendon ünitesini bulmak için önce coracobrachialis kasını (SSC tendon ekini kaplayan doku olarak) tanımlayın ve ayırın. Bunu takiben, SSC tendonunu tanımlayın ve humerusun daha az tüberozitesine yerleştirildiğinde tüm SSC tendonunu ortaya çıkarmak için dik açılı bir klemp yerleştirin (Şekil 1C).
  7. Yaralanmayı başlatmadan önce, SSC kas-tendonunu izole edin (Şekil 1D) ve transeksiyon bölgesinin yakınında lokal olarak intraoperatif anestezik (0.2 mg / kg% 0.5 bupivakain) uygulayın. Çevredeki dokulara istenmeyen yapışmayı önlemek ve daha sonra doku alımına yardımcı olmak için SSC kas-tendon ünitesini silikon bazlı penrose tüpüne (Şekil 1E) sarın.
  8. Yaralanmayı indüklemek için, cerrahi bir No. 11 neşter kullanarak kas-tendon kavşağında tam kalınlıkta bir transeksiyon oluşturun (Şekil 1F). Gerektiğinde, bir parça gazlı bezle baskı uygulayarak kanamayı durdurun ve gerektiğinde yarayı sulamak için tuzlu su kullanın.
  9. Yarayı kapatmak için, deltoid kas dokusunu yeniden yaklaştırmak için 4-0 poliglikolik asit (PGA) sütür kullanın (Şekil 1G) ve cilt yarasını kapatmak için 4-0 naylon sütür kullanın (Şekil 1H).
  10. Analjezik olarak 0.03 mg / kg buprenorfinin deri altı uygulaması yoluyla ameliyat sonrası bakım sağlayın (ameliyattan hemen sonra bir kez ve sonraki 48 saat boyunca günde iki kez29).
  11. Tavşanların kapalı bir ısıtma yastığı üzerinde iyileşmesine izin verin ve kendi kendine sakatlanma, cerrahi bölgelerin yalanması ve dikişlerin alınması dahil olmak üzere istenmeyen davranışları önlemek için yumuşak bir tasma uygulayın (Şekil 1I).
  12. Hayvanları kilo ve davranış değişiklikleri açısından izleyin. Vücut ağırlığının %10'undan fazla herhangi bir azalmayı ve kontrol edilemeyen şiddetli ağrıyı bildirin (beş davranışsal eyleme göre değerlendirilir: yörünge sıkılaştırma, yanak düzleştirme, burun deliği şekli değişiklikleri, bıyık pozisyonu değişiklikleri ve kulak şekli ve pozisyon değişiklikleri) erken ötenazi gibi müdahalelerin gerekli olup olmadığını belirlemek için veterinere başvurun.

2. Örnek hasadı

  1. Tavşanları yaralanma anından itibaren 4 haftada ötenazi yapın. Tavşanları uyuşturun ve öldürücü dozda sodyum pentobarbital (60 mg / kg'dan fazla) verin. Torakotomi ile ölümü onaylayın.
  2. Humerus başını tanımlayın ve daha büyük ve daha küçük tüberkülleri ve tüm yumuşak doku eklerini korurken cerrahi olarak çıkarın. Kemiği kireçten arındırmak için oda sıcaklığında 1 ay boyunca (her 72 saatte bir ortam değişikliği ile) %10 etilendiamintetraasetik asit (EDTA) çözeltisine aktarmadan önce 4 °C'de 72 saat boyunca %4 paraformaldehit (PFA) ile sabitleyin.
  3. Dekalsifikasyondan sonra, numuneleri kademeli etanol dehidrasyonu, parafin gömme, histolojik kesit alma (8 μm kesitler) ve hematoksilen ve eozin (H & E) ve Masson'un trikrom çözeltileri30,31,32 ile boyama kullanarak standart histolojik işleme tabi tutun.
  4. Görüntüleri 10x büyütmede dik bir mikroskopla yakalayın.
  5. Tercih edilen bir grafik tasarım yazılımı kullanarak daha önce33,34 açıklandığı gibi, kas içindeki kas, fibröz doku ve yağ alanını ve yüzdesini ölçerek H&E ve Masson'un trikrom görüntülerinin yarı nicelleştirmesini gerçekleştirin. Bu örnekte Adobe Photoshop yazılımı (https://www.adobe.com) kullanılmıştır.
    1. Sihirli değnek aracını kullanarak belirli bir doku tipini temsil eden belirli bir rengin bir bölgesini seçin (kırmızı kas dokusu, mavi fibroz ve beyaz yağı temsil eder).
    2. Menü öğelerini tıklatın Seç | Ters | Seçimi kaydet | Bölüme bir ad verin.
    3. Menü öğelerine tıklayarak işaretli bölgedeki piksel sayısını sayın Pencere | Ölçüm Günlüğü | Bu piksel değerlerini kaydetmek ve seçilen doku tiplerinin yüzdesini manuel olarak hesaplamak için Ölçümü Kaydet.

3. İstatistiksel analiz

  1. Histolojik veriler için, tercih edilen analitik yazılımı kullanarak istatistiksel analizi gerçekleştirin. Kontrol ve yaralı gruplar arasında iki bağımsız örneğin karşılaştırılması için bir Öğrenci t-testi yapın.
  2. Verileri, ortalamanın standart hatası ± ortalama olarak ifade edin. <0.05'lik bir p değerini istatistiksel olarak anlamlı olarak kabul edin.

Sonuçlar

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

SSC kas-tendon ünitelerinin transeksiyonunu takiben RC patolojisinin kronikliğini değerlendirmek için, genel doku morfolojisi ve hücresel değişiklikler, yaralanmadan 4 hafta sonra brüt değerlendirme ve histolojik analiz (sırasıyla H&E ve Masson'un trikrom boyaması) ile karakterize edildi (Şekil 2, Şekil 3 ve Şekil 4). Brüt doku morfolojisinin temsili görüntüleri, kontrol grubunda bulunmayan yaralı SSC kaslarında beyaz yağ benzeri doku görünümünü gösterdi (Şekil 2). H&E boyama, kontrol grubuna göre yaralı SSC kaslarında çok sayıda adiposit (sıkıştırılmış çekirdekler içeren ince sitoplazma kenarları ile çevrili boş alanlar) ile değiştirilen kas hücreselliği ve organizasyonu kaybını doğruladı (Şekil 3A).

H&E görüntülerinin yarı kantitatif değerlendirmesi, kontrol grubuna (%0.6±9 ± %0.18) göre yaralı SSC kaslarında (6.5 %8.5) yüksek derecede kas içi adiposit bulunduğunu gösterdi (Şekil 3B). Masson'un trikrom boyaması, kontrol grubuna göre yaralı SSC kaslarında kas atrofisi ve düzensiz kollajen lif düzenlemelerini de doğruladı (Şekil 4A

figure-results-1

figure-results-2

figure-results-3
&&E

figure-results-4

Tartışma

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Tekrarlanabilir ve fizyolojik olarak ilgili bir hayvan modeli, hastalık patogenezinin anlaşılmasını ilerletme, klinik tedavilerin sonuçlarını değerlendirme ve cerrahi tedavileri iyileştirme ve daha da geliştirme yeteneği sağlar35. Bu çalışmada, insan RC anatomisi ve patofizyolojisinin özelliklerini taklit eden güvenilir ve doğru bir tavşan SSC modeli oluşturulmuştur. RC yırtıkları, ilerleyici ve muhtemelen geri dönüşü olmayan kas dejeneratif değişikliklerle ilişkilidir ve bu da iyileşme potansiyelinin azalmasına neden olur. Örneğin, Ko ve ark. tavşan SSP'sinin 6 haftada yeniden bağlanmasının sonraki 6 hafta içinde kas atrofisi veya FD'yi tersine çevirmediğini gösterdi. Bu tür FD aracılı kas atrofisi, tendon-kas kuvveti ve eklem hareket açıklığı dahil olmak üzere cerrahi sonuçları etkileyebilecek birçok önemli klinik parametreyi etkiler36,37.

Burada oluşturulan protokol, SSC kas-tendon ünitelerinin transeksiyonundan sonra önemli kronik benzeri özellikler gösterdi. Spesifik olarak, bu değişiklikler gözle görülür şekilde azalmış kas kütlesi ve artmış yağ içeriği ve fibrotik dokuyu içerir (Şekil 2, Şekil 3 ve Şekil 4). Bu bulgular, insan RC gözyaşlarında bildirilen dejeneratif değişikliklerletutarlıdır 38. Son yıllarda, sıçan,akromion 38,39,40 altında seyahat eden hem insan hem de sıçan SSP'leri ile yüksek anatomik benzerlikleri nedeniyle RC hastalığı ve yaralanması için en yoğun olarak çalışılan hayvan modellerinden biri olarak ortaya çıkmıştır. Bununla birlikte, sıçan SSP'sinin akromiyal arkın altından geçen kısmının, insanlarda olduğu gibi tendinöz olanın aksine kaslı olduğuna dikkat edilmelidir41. En önemlisi, Barton ve ark. sıçanlarda23 SSP tendon dekolmanından sonra, insan durumunun42 aksine önemli bir yağ birikimi eksikliğini fark ettiler. Bu nedenle, tavşan SSC kompleksinin, insanların kronik RC yırtılmasını taklit etmek için uygun bir model sağlayabileceğine inanılmaktadır.

Bu modelin tekrarlanabilirliğini sağlamak için, bu protokolü gerçekleştirirken iki noktaya dikkat etmek önemlidir. İlk olarak, kas-tendon ünitelerinin transeksiyonundan sonra, kesilen tendonun serbest ucu, sonraki manipülasyonlar için tendon alımını zorlaştırabilecek adezyonlar oluşturma riski altında olabilir. Bu sorunu önlemek için, çevre dokulara spontan yapışmayı ve spontan iyileşmeyi önlemek için transeksiyonu takiben kas-tendon bileşkesinin serbest ucunu sarmak için emilemeyen bir silikon tüp kullanıldı (Şekil 1E). Ayrıca, müdahale için ikinci bir prosedür sırasında kesilen kas-tendon ünitesi (yani, güvenli bir onarım yapmak için; veriler gösterilmemiştir), ilk ameliyat sırasında yaralı dokuların ucunun sarılmasıyla açıkça tanımlanabilir. Bu teknik ekonomik, etkili ve cerrahide rahatlıkla uygulanabilir43. İkincisi, tavşanlar, ameliyattan sonra zararlı davranışlar sergileyebilen oldukça hassas bir türdür. Bu tür sorunlardan kaçınmak için, kendini yaralama, ameliyat bölgelerinin yalanması ve dikişlerin alınması dahil olmak üzere istenmeyen davranışları önlemek için yumuşak bir yaka da uygulanması şiddetle tavsiye edilir (Şekil 1I). Sert plastikten yapılmış ticari olarak geleneksel E-tasmalarla karşılaştırıldığında, kendi kendine yapılan yumuşak yaka, hayvan refahını veya bilimsel araştırmanın kalitesini etkileyen herhangi bir cilt yaralanmasına veya diğer yan etkilere neden olmamıştır. Birlikte, bu tür adımlar, doğru bir şekilde tekrarlanabilir bir tavşan RC yaralanma modeli oluşturmak için kritik öneme sahiptir ve rejeneratif onarım stratejilerini inceleme imkanı sağlar.

Bir hayvan modelinde tendon patofizyolojisini ve iyileşmesini incelemek için, belirgin ve tekrarlanabilir bir yaralanma yaratılmalı ve çalışma zaman noktaları dikkatlice seçilmelidir. Tendon yaralanması ve iyileşmesi ile ilgili çalışmaların büyük çoğunluğu tamamen kesilen hayvan tendonları üzerinde gerçekleştirilmiştir44, çünkü transeksiyon yüksek oranda tekrarlanabilir ve klinik senaryoyu yeterince simüle edebilen basit bir prosedürdür45,46. Huegel ve ark. kısmen kesilen bir tendonun yaralanmasının, tamamen kesilen bir tendonunkinden daha az şiddetli olduğunu ve immobilizasyonun artmış eklem sertliği de dahil olmak üzere tendon mekaniği üzerinde zararlı bir etkisi olduğunu göstermiştir47. Masif RC yırtığı ortamında görülen atrofi ve FD'yi değerlendirmek için, deneysel olarak gözlenen karakteristik zaman noktalarını tanımlamak önemlidir. Gupta ve ark. erkek tavşanda bir RC yaralanma modelini doğruladılar ve 2 ve 6 haftalık zaman noktalarında kas atrofisi gözlemlediler, daha sonraki zaman noktalarında artan yağ içeriği ile (2 haftada% 5'ten az yağ içeriği ve 6 haftada% 10'dan fazla yağ içeriği), insan RC gözyaşlarında gözlenen patolojik süreçle tutarlı11. Bu çalışmada, erkek ve dişi tavşanlarda 4 hafta boyunca SSC kas-tendon ünitesinin transeksiyonu ile masif bir RC yırtığı oluşturuldu ve bu da SSC kas FD (%36.5 yağ içeriği) ile sonuçlandı. Bu nedenle, erkek ve dişi Yeni Zelanda beyaz tavşanlarında SSC kas FD oluşturmak için 4 haftalık bir zaman noktası uygundur.

Bu çalışmanın çeşitli sınırlamaları mevcuttur. Bunlar şunları içerir: (i) nispeten kısa bir zaman noktası ve kronik benzeri yaralanma oluşumu için potansiyel olarak enflamatuar malzemeler (silikon bazlı penrose boru) gibi hayvan modeli üretimi ile ilişkili adımlar; (ii) eklem kinematiğini ve kas kasılma kuvveti üretimini değerlendirmek için yürüyüş analizi ve elektromiyografi eksikliği gibi hayvan modeli karakterizasyonu ve analizi; ve (iii) diğer RC yaralanma bölgeleriyle karşılaştırma eksikliği gibi hayvan modeli karşılaştırması.

Model oluşturma açısından, insan RC yaralanmaları tipik olarak, burada bildirilen 4 haftalık zaman noktasından nispeten daha uzun olan birkaç yıl boyunca ortaya çıkabilen ilerleyici atrofi ve FD'yi içerir. Nispeten kısa bir süre içinde yaklaşık% 36.5 kas içi yağ üreten bir hayvan modeli lojistik olarak uygun olacağından ve gerekli görülürse uzatılabileceğinden, bu kabul edilebilir olarak kabul edilir. Ayrıca, penrose tüpü gibi silikon bazlı implantların biyouyumluluğu, hücresel bağışıklık tepkisi ve inflamasyon raporları nedeniyle uzun süredir devam eden bir tartışma kaynağı olmuştur47; bu nedenle, inflamasyonla ilişkili RC çalışmaları sürdürülüyorsa, rezeke edilen tendonun sarılması için polietilen glikol (PEG) gibi alternatif bir inert malzeme ikame edilebilir.

Hayvan modeli karakterizasyonu ve analizi açısından, yürüyüş analizinin49 ve elektromiyograf çalışmalarının50 olmaması, çalışmanın bulgularını nitel histolojik verilerle sınırlayabilir. Bu hususlar, omuz kinematiği ve RC kas performansı hakkında nicel veriler oluşturmak için video hareket analizi51 ve yüzey elektromiyografisi50 kullanılarak gelecekteki çalışmalarda ele alınabilir.

Model karşılaştırması açısından, tavşanlardaki SSP ve infraspinatus tendonları da RC çalışmaları için yaygın olarak kullanıldığından, gelecekte bu farklı yaralanma bölgeleri arasında FD de dahil olmak üzere yaralanma şiddetinin karşılaştırılması, model optimizasyonu için ek bölgeler belirleyecektir.

Özetle, bu çalışma erkek ve dişi tavşanlarda kronik benzeri RC yaralanmalarını modellemek için bir protokol geliştirmiştir. Bu model, basitliği (transeksiyon) ve kronikliği (4 hafta) indüklemek için nispeten kısa süresi ve büyük derecede (%36.5) intramüsküler FD üretmesi nedeniyle araştırmacılar için uygundur. Bu nedenle, bu protokolün RC patofizyolojisi çalışmasında araştırmacılara yardımcı olması ve kas-tendon onarımı ve rejenerasyonu için yeni terapötiklerin geliştirilmesini kolaylaştırması beklenmektedir.

Açıklamalar

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Yazarların beyan etmek için rekabet eden çıkarları yoktur.

Teşekkürler

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Dai Fei Elmer Ker'in araştırması, Gıda ve Sağlık Bürosu, Hong Kong Özel İdari Bölgesi (Sağlık Tıp ve Araştırma Fonu: 08190466), İnovasyon ve Teknoloji Komisyonu, Hong Kong Özel İdari Bölgesi (Tier 3 Ödülü: ITS/090/18; Health@InnoHK programı), Hong Kong Araştırma Hibeleri Konseyi, Hong Kong ÖİB (Erken Kariyer Programı Ödülü: 24201720 ve Genel Araştırma Fonu: 14213922) ve Hong Kong Çin Üniversitesi (Fakülte İnovasyon Ödülü: FIA2018/A/01). Dan Wang'ın araştırması, Gıda ve Sağlık Bürosu, Hong Kong Özel İdari Bölgesi (Sağlık Tıp ve Araştırma Fonu, 07180686), İnovasyon ve Teknoloji Komisyonu, Hong Kong Özel İdari Bölgesi (Tier 3 Ödülü: ITS/333/18; Health@InnoHK programı) ve Hong Kong Araştırma Hibeleri Konseyi, Hong Kong ÖİB (Genel Araştırma Fonu: 14118620 ve 14121121).

Malzemeler

Bu makalede kullanılan malzemelerin listesi
AdŞirketKatalog numarasıYorumlar
Cerrahi aletler< / güçlü >
4-0 Poli glikolik asit (PGA)e-SütürlerGBK884
Dişli Adson forsepsTaobao, Çin
İnce makas ve nbsp;Taobao, Çin
Hemostatik forsepsTaobao, Çin
İğne tutucularTaobao, Çin
Saplı cerrahi neşterTaobao, ÇinNo. 11 bıçak
Sütür (4-0 Naylon)Taobao, Çin19054Cildin kapatılması için naylon veya ipek dikişler kabul edilebilir. Her sütürün kendine özgü avantajları ve dezavantajları vardır ve kullanıcıların tercihlerine göre birini seçmeleri önerilir.
< güçlü > Cerrahi aksesuarlar< / güçlü >
Pamuk toplarıTaobao, Çin
GazlıTaobao, Çin
RazorTaobao, Çin
Cerrahi ısıtma yastığıTaobao, Çin
İğneli cerrahi lamba
şırıngaTaobao, Çin1 mL, 5 mL, 10 mL
İlaçlar< / güçlü >
BuprenorfinLASEC, CUHK0.12 mg / kg
BupivakainSigma-Aldrichb5274-5g1-2 mg / kg
CephalexinSanta Cruz Biyoteknolojisc-48755620 mg / kg
Ketamin ve nbsp;LASEC, CUHK35 mg / kg
Sodyum pentobarbitalLASEC, CUHK60 mg / kg'dan fazla
KsilazinLASEC, CUHK5 mg / kg
< güçlü > Ekipman< / güçlü >
Nikon Ni-U Eclipse Dik MikroskopNikon Instruments Inc, ABD
güçlü > Yazılım< / güçlü>
Adobe Photoshop 20.01Adobe Inc, ABD
strong>Diğer reaktifler 
BetadineTaobao, Çin%5
EtanolTaobao, Çin%70
Etilen diamin tetraasetik asit (EDTA)Sigma-AldrichEDS-1KG%10
Paraformaldehit (PFA)Elektron Mikroskobu Bilimleri15713%4
Silikon boruEasy Thru, Çin
SalineTaobao, Çin
Histolojik boyama reaktifleri
Eozin Leke ÇözeltisiSigma-AldrichR03040%5
Sulu HematoksilenÇözeltisi Sigma-AldrichHHS32
Trikrom Boya ( Masson)  Sigma-AldrichHT15
bez < <ISO13485 Takımı

Kaynaklar

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Goutallier, D., Postel, J. -M., Bernageau, J., Lavau, L., Voisin, M. -C. Fatty muscle degeneration in cuff ruptures. Pre-and postoperative evaluation by CT scan. Clinical Orthopaedics and Related Research. 304 (304), 78-83 (1994).
  2. Itoigawa, Y., Kishimoto, K. N., Sano, H., Kaneko, K., Itoi, E. Molecular mechanism of fatty degeneration in rotator cuff muscle with tendon rupture. Journal of Orthopaedic Research. 29 (6), 861-866 (2011).
  3. Mal Kim, H., et al. Relationship of tear size and location to fatty degeneration of the rotator cuff. The Journal of Bone and Joint Surgery. American Volume. 92 (4), 829-839 (2010).
  4. Melis, B., DeFranco, M. J., Chuinard, C., Walch, G. Natural history of fatty infiltration and atrophy of the supraspinatus muscle in rotator cuff tears. Clinical Orthopaedics and Related Research. 468 (6), 1498-1505 (2010).
  5. Li, K., Zhang, X., Wang, D., Tuan, R. S., Ker, D. F. E. Synergistic effects of growth factor-based serum-free medium and tendon-like substrate topography on tenogenesis of mesenchymal stem cells. Biomaterials Advances. , 146(2023).
  6. Derwin, K. A., Baker, A. R., Codsi, M. J., Iannotti, J. P. Assessment of the canine model of rotator cuff injury and repair. Journal of Shoulder and Elbow Surgery. 16, S140-S148 (2007).
  7. Grumet, R. C., Hadley, S., Diltz, M. V., Lee, T. Q., Gupta, R. Development of a new model for rotator cuff pathology: The rabbit subscapularis muscle. Acta Orthopaedica. 80 (1), 97-103 (2009).
  8. Renström, P., Johnson, R. J. Overuse injuries in sports. Sports Medicine. 2 (5), 316-333 (1985).
  9. Hertel, R., Lambert, S. M. Supraspinatus rupture at the musculotendinous junction. Journal of Shoulder and Elbow Surgery. 7 (4), 432-435 (1998).
  10. Oh, J. H., Chung, S. W., Kim, S. H., Chung, J. Y., Kim, J. Y. Neer Award: Effect of the adipose-derived stem cell for the improvement of fatty degeneration and rotator cuff healing in rabbit model. Journal of Shoulder and Elbow Surgery. 23 (4), 445-455 (2013).
  11. Gupta, R., Lee, T. Q. Contributions of the different rabbit models to our understanding of rotator cuff pathology. Journal of Shoulder and Elbow Surgery. 16, S149-S157 (2007).
  12. Otarodifard, K., Wong, J., Preston, C. F., Tibone, J. E., Lee, T. Q. Relative fixation strength of rabbit subscapularis repair is comparable to human supraspinatus repair at time 0. Clinical Orthopaedics and Related Research. 472 (8), 2440-2447 (2014).
  13. Liu, X., Manzano, G., Kim, H. T., Feeley, B. T. A rat model of massive rotator cuff tears. Journal of Orthopaedic Research. 29 (4), 588-595 (2011).
  14. Liu, X., et al. A mouse model of massive rotator cuff tears. The Journal of Bone and Joint Surgery. American Volume. 94 (7), 41(2012).
  15. Neer,, et al. Award 2007: Reversion of structural muscle changes caused by chronic rotator cuff tears using continuous musculotendinous traction. An experimental study in sheep. Journal of Shoulder and Elbow Surgery. 18 (2), 163-171 (2009).
  16. Warner, J. J., Parsons, I. M. Latissimus dorsi tendon transfer: A comparative analysis of primary and salvage reconstruction of massive, irreparable rotator cuff tears. Journal of Shoulder and Elbow Surgery. 10 (6), 514-521 (2001).
  17. Galatz, L. M., Ball, C. M., Teefey, S. A., Middleton, W. D., Yamaguchi, K. The outcome and repair integrity of completely arthroscopically repaired large and massive rotator cuff tears. The Journal of Bone and Joint Surgery. American. 86 (2), 219-224 (2004).
  18. Kim, H. M., Galatz, L. M., Lim, C., Havlioglu, N., Thomopoulos, S. The effect of tear size and nerve injury on rotator cuff muscle fatty degeneration in a rodent animal model. Journal of Shoulder and Elbow Surgery. 21 (7), 847-858 (2012).
  19. Carpenter, J. E., Thomopoulos, S., Flanagan, C. L., DeBano, C. M., Soslowsky, L. J. Rotator cuff defect healing: A biomechanical and histologic analysis in an animal model. Journal of Shoulder and Elbow Surgery. 7 (6), 599-605 (1998).
  20. Jal Soslowsky, L., et al. Rotator cuff tendinosis in an animal model: Role of extrinsic and overuse factors. Annals of Biomedical Engineering. 30 (8), 1057-1063 (2002).
  21. Thomopoulos, S., et al. The localized expression of extracellular matrix components in healing tendon insertion sites: An in situ hybridization study. Journal of Orthopaedic Research. 20 (3), 454-463 (2002).
  22. Su, W., et al. Effect of suture absorbability on rotator cuff healing in a rabbit rotator cuff repair model. The American Journal of Sports Medicine. 46 (11), 2743-2754 (2018).
  23. Barton, E. R., Gimbel, J. A., Williams, G. R., Soslowsky, L. J. Rat supraspinatus muscle atrophy after tendon detachment. Journal of Orthopaedic Research. 23 (2), 259-265 (2005).
  24. Gerber, C., Meyer, D. C., Schneeberger, A. G., Hoppeler, H., von Rechenberg, B. Effect of tendon release and delayed repair on the structure of the muscles of the rotator cuff: An experimental study in sheep. The Journal of Bone and Joint Surgery. American Volume. 86 (9), 1973-1982 (2004).
  25. Gerber, C., Schneeberger, A. G., Perren, S. M., Nyffeler, R. W. Experimental rotator cuff repair. A preliminary study. The Journal of Bone and Joint Surgery. American Volume. 81 (9), 1281-1290 (1999).
  26. Hal Coleman, S., et al. Chronic rotator cuff injury and repair model in sheep. The Journal of Bone and Joint Surgery. American Volume. 85 (12), 2391-2402 (2003).
  27. Turner, A. S. Experiences with sheep as an animal model for shoulder surgery: strengths and shortcomings. Journal of Shoulder and Elbow Surgery. 16, S158-S163 (2007).
  28. Turner, P. V., Brabb, T., Pekow, C., Vasbinder MA, Administration of substances to laboratory animals: routes of administration and factors to consider. J Am Assoc Lab Anim Sci. 50 (5), 600-613 (2011).
  29. Cooper, C. S., Metcalf-Pate, K. A., Barat, C. E., Cook, J. A., Scorpio, D. G. Comparison of side effects between buprenorphine and meloxicam used postoperatively in Dutch belted rabbits (Oryctolagus cuniculus). Journal of the American Association for Laboratory Animal Science. 48 (3), 279-285 (2009).
  30. Eal Ker, D. F., et al. Functionally graded, bone-and tendon-like polyurethane for rotator cuff repair. Advanced Functional Materials. 28 (20), 1707107(2018).
  31. Toumi, H., et al. Regional variations in human patellar trabecular architecture and the structure of the proximal patellar tendon enthesis. Journal of Anatomy. 208 (1), 47-57 (2006).
  32. Noor, R. A. M., Shah, N. S. M., Zin, A. A. M., Sulaiman, W. A. W., Halim, A. S. Disoriented collagen fibers and disorganized, fibrotic orbicularis oris muscle fiber with mitochondrial myopathy in non-syndromic cleft lip. Archives of Oral Biology. 140, 105448(2022).
  33. Wang, D., et al. Growth and differentiation factor-7 immobilized, mechanically strong quadrol-hexamethylene diisocyanate-methacrylic anhydride polyurethane polymer for tendon repair and regeneration. Acta Biomaterialia. 154, 108-122 (2022).
  34. Wang, D., et al. Combinatorial mechanical gradation and growth factor biopatterning strategy for spatially controlled bone-tendon-like cell differentiation and tissue formation. NPG Asia Materials. 13 (1), (2021).
  35. Kuyinu, E. L., Narayanan, G., Nair, L. S., Laurencin, C. T. Animal models of osteoarthritis: Classification, update, and measurement of outcomes. Journal of Orthopaedic Surgery and Research. 11, (2016).
  36. Safran, O., Derwin, K. A., Powell, K., Iannotti, J. P. Changes in rotator cuff muscle volume, fat content, and passive mechanics after chronic detachment in a canine model. The Journal of Bone and Joint Surgery. American. 87 (12), 2662-2670 (2005).
  37. Gerber, C., Fuchs, B., Hodler, J. The results of repair of massive tears of the rotator cuff. The Journal of Bone and Joint Surgery. American Volume. 82 (4), 505-515 (2000).
  38. Longo, U. G., Berton, A., Khan, W. S., Maffulli, N., Denaro, V. Histopathology of rotator cuff tears. Sports Medicine and Arthroscopy Review. 19 (3), 227-236 (2011).
  39. Schneeberger, A. G., Nyffeler, R. W., Gerber, C. Structural changes of the rotator cuff caused by experimental subacromial impingement in the rat. Journal of Shoulder and Elbow Surgery. 7 (4), 375-380 (1998).
  40. Soslowsky, L. J., Carpenter, J. E., DeBano, C. M., Banerji, I., Moalli, M. R. Development and use of an animal model for investigations on rotator cuff disease. Journal of Shoulder and Elbow Surgery. 5 (5), 383-392 (1996).
  41. Rowshan, K., et al. Development of fatty atrophy after neurologic and rotator cuff injuries in an animal model of rotator cuff pathology. The Journal of Bone and Joint Surgery. 92 (13), 2270-2778 (2010).
  42. Gladstone, J. N., Bishop, J. Y., Lo, I. K., Flatow, E. L. Fatty infiltration and atrophy of the rotator cuff do not improve after rotator cuff repair and correlate with poor functional outcome. The American Journal of Sports Medicine. 35 (5), 719-728 (2007).
  43. Chen, W. F., Kim, B. -S., Lin, Y. -T. Penrose drain interposition-A novel approach to preventing adhesion formation after tenolysis. The Journal of Hand Surgery. Asian-Pacific Volume. 27 (1), 174-177 (2022).
  44. Lui, P. P. Y. Stem cell technology for tendon regeneration: Current status, challenges, and future research directions. Stem Cells and Cloning: Advances and Applications. 8, 163-174 (2015).
  45. Howell, K., et al. Novel model of tendon regeneration reveals distinct cell mechanisms underlying regenerative and fibrotic tendon healing. Scientific Reports. 7, 45238(2017).
  46. Sharma, P., Maffulli, N. Tendinopathy and tendon injury: The future. Disability and Rehabilitation. 30 (20-22), 1733-1745 Forthcoming.
  47. Huegel, J., et al. Quantitative comparison of three rat models of Achilles tendon injury: A multidisciplinary approach. Journal of Biomechanics. 88, 194-200 (2019).
  48. Pal Heggers, J., et al. Biocompatibility of silicone implants. Annals of Plastic Surgery. 11 (1), 38-45 (1983).
  49. Liu, Y., et al. Evaluation of animal models and methods for assessing shoulder function after rotator cuff tear: A systematic review. Journal of Orthopaedic Translation. 26, 31-38 (2020).
  50. Disselhorst-Klug, C., Schmitz-Rode, T., Rau, G. Surface electromyography and muscle force: Limits in sEMG-force relationship and new approaches for applications. Clinical Biomechanics. 24 (3), 225-235 (2009).
  51. Kwon, D. R., Park, G. -Y., Moon, Y. S., Lee, S. C. Therapeutic effects of umbilical cord blood-derived mesenchymal stem cells combined with polydeoxyribonucleotides on full-thickness rotator cuff tendon tear in a rabbit model. Cell Transplantation. 27 (11), 1613-1622 (2018).

Yeniden basım ve izinler

Bu JoVE makalesinin metnini veya şekillerini yeniden kullanmak için izin iste

İzin iste

Etiketler

Tav an Yaralama ModeliKas Ya l DejenerasyonuFibrozis lerlemesiSubskapularis KasTendon TranseksiyonuHistolojik De erlendirmeMasson TrikromKas AtrofisiDoku M hendisli i

İlgili makaleler