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ラットにおける非侵襲的ACL損傷後の膝関節変性の可視化
 

ラットにおける非侵襲的ACL損傷後の膝関節変性の可視化

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最も一般的な膝の外傷の1つは、ACLとも呼ばれる前十字靭帯の破裂または裂け目であり、ACL損傷のほぼ3分の1が10年以内に外傷後変形性関節症(PTOA)をもたらす。

ラットの膝関節は人間の膝関節に近いモデルであるため、ラットモデルはPTOAに対するACL損傷の影響を研究するために広く使用されています。ACL損傷の最も広く使用されているモデルは、関節が外科的に不安定化するACL切除である。しかし、このモデルはヒトのACL傷害条件を正確に複製しない。

本ビデオでは、新規の非侵襲的ラットACL傷害モデルについて議論し、損傷した関節の損傷とイメージングを実証し、最後に靭帯修復に関する生物医学工学分野の研究を検討する。

膝は、大腿骨、膝蓋骨、脛骨の3つの骨からなる。前十字靭帯(ACL)は、脛骨の前部角膜空間から上昇し、大腿骨の側面の後部に上および横に延びる密結合組織のバンド状の構造である。

膝の他の靭帯には、後十字靭帯、側側副靭帯、および内側側副靭帯が含まれる。構造的には、すべての靭帯、特にACLは、動的運動中の関節を制御するのに役立つ大腿筋肉と一緒に膝の受動安定剤として機能します。

ACL の最大のストレスは、膝が延長に近い場合に発生し、ACL が怪我の危険性が最も高いのはこの間です。動物モデルは関節の傷害および処置を研究する実用的で臨床的に関連する方法の両方を提供する。特にラット膝モデルは、ラット膝が人間の膝によく似ているため、膝の損傷を研究するために広く使用されています。ヒトにおける臨床的に関連するACL傷害をモデル化するために、脛骨圧縮の単一の負荷が適用される。正しく行われると、ACL が完全に破裂します。

ACLで損傷した後肢は、マイクロコンピュータ断層撮影(マイクロCT)を使用して画像化し、関節損傷や変性を可視化することができます。マイクロCTは、X線を使って関節のような物体の画像を作成するイメージング技術です。これらの断面は、オブジェクト全体で測定され、組み合わさって 3 次元再構成を作成します。マイクロCTの詳細については、このコレクションのビデオをご覧ください。

新しい非侵襲的なラットACL傷害モデルについて説明したので、怪我がどのように行われるかを見て、続いて関節のマイクロCT可視化を見てみましょう。

ACL傷害は、麻酔ラットの脛骨に圧縮の単一の負荷を誘発するカスタムデバイスを使用して行われます。まず、5%のアイソフルランと1分間の酸素を持つ誘導室にラットを置きます。麻酔ができたら、鼻コーンを使用してラットを装置に移動し、1~3%のイソフルランの流れを維持します。右後肢を30度のドーサフレクションと100度の膝の屈曲に置きます。

リニアアクチュエータに取り付けられた上部膝ステージを毎秒1ミリメートルで動かします。大腿骨に対して、脛骨の前部亜脱臼のためのスペースを提供することを確認してください。次いで、曲げ膝を下段に置き、ロードセルの上に向けた位置に取り付けられる。ラットが正しく配置されたら、カスタム デバイスの電源を入れ、ラボ ビューを開き、1 秒あたり 8 ミリメートルの圧縮速度を入力します。次に、脛骨圧縮の単一負荷を使用して ACL 破裂を誘発するテストを実行します。テストを実行するときに、手順を監視します。ACLの傷害は圧縮力の解放によって注目される。

怪我をした後、デバイスからラットを取り出し、平らな面に置きます。次に、Lachman のテストを実行して ACL の整合性を評価します。大腿骨を安定させながら、脛骨を前方に引っ張ります。無傷の ACL はしっかりとしたエンドポイントを生成し、負傷した ACL はソフト エンド フィールを生成します。ラッハマンのテストが行われたら、麻酔から目を覚ますためにラットをハウジングに戻します。

それでは、損傷した関節をイメージしてみましょう。マイクロCTイメージングを準備するには、AVMAガイドラインに従ってラットを人道的な方法で安楽死させる。その後、いくつかのプラスチック製のジップタイを使用してACLで負傷した後肢を拡張し、固定し、慎重にカスタムデバイスにそれらを操縦します。後肢は円錐管内で完全に伸ばすべきである。

残りのラット本体を、マイクロCTステージと互換性のある適切な容器に固定します。次に、固定されたジョイントをマイクロCT機器に配置し、85.5マイクロアンストロームの電流で70キロボルトのスキャナ設定と180度の解像度11.5ミクロンの解像度を使用して、関節の骨の2次元画像を取得します。0.6 度回転で 5 秒の露光時間を使用します。2次元画像を収集し、180度全体を通して0.6度ごとに回転させます。次に、アルゴリズムを使用して画像を再構築し、ジョイントの 3 次元画像を作成します。経角骨の特性を決定するには、まずソフトウェアプラグインを使用してジョイントのボリュームレンダリングを取得します。

次に、直交投影を表示し、スライスを移動して、内側と側面の脛骨高原のエピフィシャルプレートと大腿骨の内側と側面の結節の間の所望の位置を選択します。次に、目的の位置で膝をトリミングし、1.53ミリメートルの球でマスクします。インタラクティブしきい値を使用して、ボーンにラベルを付け、イメージをバイナリ化します。さて、変形性関節症の発症の測定である経電性骨の厚さを計算する。

異なる場所に対して繰り返し、他の管状の骨の特性を定量化します。イメージング後、目視検査や膝を開いてACLの破裂を確認することができます。これを行うには、まずスキンを削除します。カプセルに血液があり、ACL傷害の特徴であるヘマールスロシスを見る必要があります。

次に、関節を開けて前位大腿骨、膝蓋骨、ACL を公開します。ロッホマンのテストを実行して関節をさらに開き、関節の血液とACLの孤立した近位裂を観察します。

さて、ラット膝の関節変性と血管骨構造を急性ACL損傷とラット膝4週間後のACL損傷と比較してみましょう。ここでは、急性ACL損傷を伴うラット膝の再構築された3D画像を見て、4週間後にACL傷害後に。経電骨の厚さ、数、および間隔は、エピフィシールプレートの中心にある4つの異なる位置で計算され、比較されます。

より小さい特徴的な数、より小さい形面の厚さ、およびより大きな特徴的な間隔は、急性ACL損傷を有するラット膝と比較して、非侵襲的ACLの涙の4週間後に明らかであった。これらはいずれも、心的外傷後変形性関節症の発症の特徴である。

様々な動物モデルは、ACL傷害の研究だけでなく、新しい治療法を評価するためにも重要です。ACL損傷の現在の治療法の1つは、組織移植片を用いた靭帯再建である。本研究では、ポリカプロラクトンを用いて線維組織移植片を作成した。その後、細胞移植片をラットに移植し、自然靭帯を置き換えた。

大腿骨と脛骨台に穴を開け、穴を通して移植片を通過し、縫合糸で固定することにより、移植片を膝関節に固定した。16週間後、組織学的分析は、足場マトリックスが線維芽細胞によって浸潤し、ポリマーが残っている証拠がほとんどなく、主に再吸着されたことを示す。設計靭帯はまた、インビトロで研究することができます。

本研究では、ヒト細胞をACL残骸から単離し、培養を拡大した。その後、細胞をアンカーで被覆プレート上で培養し、操作靭帯構造を形成した。フィブリン形成を奨励するためにフィブリノーゲンを添加した後、プレートをインキュベーターで培養した。

28日後、フィブリンは2つのアンカーの間に線形組織を形成した。このタイプの研究は、研究者がさまざまなタイプの成長因子とホルモンの役割を理解し、ACL置換組織を合成し、生体内でACL修復を奨励する方法を決定することを可能にする。

あなたは、ACLの傷害を誘発し、視覚化するためにラットモデルの使用に関するジョーブの導入を見たところです。ここで、ラットモデルを使用して靭帯損傷の研究と画像化に使用する方法と、この研究分野のいくつかの応用を理解する必要があります。

見ていただきありがとうございます!

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