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Visualización de la degeneración articular de rodilla después de una lesión acl no invasiva en ratas
 

Visualización de la degeneración articular de rodilla después de una lesión acl no invasiva en ratas

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Una de las lesiones de rodilla más comunes es la ruptura o desgarro del ligamento cruzado anterior, también llamado LCA, con casi un tercio de las lesiones de LCA que resultan en osteoartritis postraumática, o PTOA, dentro de una década.

Los modelos de rata se han utilizado ampliamente para estudiar el efecto de la lesión aclensaria en PTOA, ya que la articulación de la rodilla de rata es un modelo cercano a la articulación de la rodilla humana. El modelo más utilizado de lesión del LCA es la transección ACL, donde la articulación se desestabiliza quirúrgicamente. Sin embargo, este modelo no replica con precisión las condiciones de lesión acl en seres humanos.

En este video, discutiremos un modelo novedoso, de lesión de LCA de rata no invasiva, demostraremos la lesión y la toma de imágenes de la articulación lesionada, y finalmente revisaremos la investigación en el campo de la ingeniería biomédica sobre la reparación de ligamentos.

La rodilla consta de tres huesos, el fémur, la rótula y la tibia. El ligamento cruzado anterior, o LCA, es una estructura similar a una banda de tejido conectivo denso que asciende desde el espacio intercondylar anterior de la tibia y se extiende superior y lateralmente al aspecto posterior del cóndilo lateral del fémur.

Los otros ligamentos de la rodilla incluyen el ligamento cruzado posterior, el ligamento colateral lateral y el ligamento colateral medial. Estructuralmente, todos los ligamentos, especialmente el LCA, sirven como estabilizadores pasivos de la rodilla junto con la musculatura del muslo para ayudar a controlar la articulación durante el movimiento dinámico.

El mayor estrés en el LCA ocurre cuando la rodilla está cerca de la extensión, y es durante este tiempo que el LCA está en el mayor riesgo de lesión. Los modelos animales proporcionan una forma práctica y clínicamente relevante de estudiar lesiones y tratamientos articulares. El modelo de rodilla de rata en particular es ampliamente utilizado para estudiar la lesión de rodilla, ya que la rodilla de rata se parece mucho a la rodilla humana. Para modelar una lesión de LCA clínicamente relevante en humanos, se aplica una sola carga de compresión tibial. Cuando se hace correctamente, esto causa la ruptura completa del ACL.

Las extremidades posteriores lesionadas con ACL se pueden tomar imágenes mediante tomografía microcalculada, o Micro CT, para visualizar lesiones articulares y degeneración. La micro TC es una técnica de diagnóstico por imágenes que utiliza rayos X para crear imágenes de un objeto, como una articulación. Estas secciones transversales se miden a través del objeto y se combinan para crear una reconstrucción tridimensional. Para obtener más información sobre micro CT, vea el video de esta colección.

Ahora que hemos discutido el modelo de lesión de LCA de rata no invasiva no invasivo, echemos un vistazo a cómo se hace la lesión, seguido de la visualización micro CT de la articulación.

La lesión acl se realizará utilizando un dispositivo personalizado, que inducirá una sola carga de compresión en la tibia de una rata anestesia. En primer lugar, coloque una rata en una cámara de inducción con un cinco por ciento de isoflurano y un litro por minuto de oxígeno. Una vez anestesiado, mueva la rata al dispositivo usando un cono de nariz para mantener un flujo de isoflurano del uno al tres por ciento. Coloque la extremidad posterior derecha a 30 grados de dorsaflexión y 100 grados de flexión de la rodilla.

Mueva la etapa superior de la rodilla, que se monta en un actuador lineal, a un milímetro por segundo. Asegúrese de proporcionar espacio para la subluxación anterior de la tibia, en relación con el fémur. Luego, coloque la rodilla flexionada en la etapa inferior, que se monta dirigida por encima de una célula de carga. Una vez que la rata esté colocada correctamente, encienda el dispositivo personalizado, abra la vista de laboratorio e introduzca una velocidad de compresión de ocho milímetros por segundo. A continuación, ejecute la prueba para inducir la ruptura del ACL utilizando una sola carga de compresión tibial. Al ejecutar la prueba, supervise el procedimiento. La lesión del LCA se observa por la liberación de la fuerza de compresión.

Después de la lesión, retire la rata del dispositivo y colóquela sobre una superficie plana. A continuación, realice la prueba de Lachman para evaluar la integridad de la ACL. Mientras estabiliza el fémur, tire de la tibia hacia adelante. Un ACL intacto produce un punto final firme, mientras que un ACL lesionado produce una sensación de extremo suave. Una vez realizada la prueba de Lachman, devuelva la rata a su carcasa para permitir que se despierte de la anestesia.

Ahora vamos a imaginar la articulación dañada. Para prepararse para la micro tomografía computarizada, eutanasia a la rata de manera humana de acuerdo con las directrices de AVMA. A continuación, extienda y asegure las extremidades traseras lesionadas por ACL usando varias corbatas de plástico, y manéjelas cuidadosamente en el dispositivo personalizado. La extremidad posterior debe extenderse completamente dentro del tubo cónico.

Asegure el resto del cuerpo de la rata en un recipiente apropiado que sea compatible con la etapa de micro TC. A continuación, coloque la articulación asegurada en el instrumento de micro TC y adquiera imágenes bidimensionales de los huesos de la articulación utilizando ajustes de escáner de 70 kilovoltios a una corriente de 85,5 microangstroms y una resolución de 11,5 micras para 180 grados. Utilice un tiempo de exposición de cinco segundos a una rotación de 0,6 grados. Recoger imágenes bidimensionales, girando cada 0,6 grados a través de los 180 grados completos. A continuación, reconstruya las imágenes utilizando un algoritmo para crear una imagen tridimensional de la articulación. Para determinar las características del hueso trabecular, primero utilice un plugin de software para adquirir una representación de volumen de la articulación.

A continuación, vea las proyecciones ortogonales y muévase a través de rodajas para seleccionar la ubicación deseada entre la placa epifisario de las mesetas tibiales mediales y laterales, y los cóndilos mediales y laterales del fémur. A continuación, recorte la rodilla en el lugar deseado y enmascarele con una esfera de 1,53 milímetros. Utilice el umbral interactivo para etiquetar el hueso y binarizar la imagen. Ahora, calcular el espesor del hueso trabecular, que es una medida de la aparición de la osteoartritis.

Repita para diferentes ubicaciones y para cuantificar otras características del hueso trabecular. Después de la toma de imágenes, es posible que desee confirmar la ruptura del LCA mediante inspección visual y abriendo la rodilla. Para ello, primero retire la piel. Usted debe ver una hemartrosis, lo que significa que hay sangre en la cápsula y es característica de una lesión del LCA.

Ahora, continúe abran la articulación para exponer el fémur distal anterior, la rótula y el LCA. Realizar una prueba de Lochman para abrir la articulación aún más y observar la sangre en la articulación y el desgarro proximal aislado de la LCA.

Ahora, comparemos la degeneración articular y la estructura ósea trabecular en una rodilla de rata con una lesión aguda del LCA y una lesión de la rodilla de rata cuatro semanas después del LCA. Aquí, vemos imágenes 3D reconstruidas de una rodilla de rata con una lesión aguda del LCA y a las cuatro semanas después de la lesión del LCA. El espesor, el número y el espaciado del hueso trabecular se calculan en cuatro lugares diferentes en el centro de la placa epifisela y se comparan.

Un número trabecular más pequeño, un menor grosor trabecular y un mayor espaciado trabecular, fue evidente cuatro semanas después del desgarro del LCA no invasivo, en comparación con la rodilla de rata con una lesión aguda del LCA. Todas estas son características distintivas de la aparición de la osteoartritis postraumática.

Varios modelos animales son importantes no sólo para el estudio de las lesiones de LCA, sino también para evaluar nuevos tratamientos. Uno de los tratamientos actuales para la lesión del LCA es la reconstrucción del ligamento mediante un injerto de tejido. En este estudio, los investigadores crearon un injerto de tejido fibroso utilizando policaprolactona. El injerto acelular fue entonces implantado en ratas, reemplazando el ligamento natural.

El injerto fue asegurado a la articulación de la rodilla mediante la perforación de agujeros en el fémur y la meseta tibial, y luego pasar el injerto a través de los agujeros y asegurar con suturas. Después de 16 semanas, el análisis histológico demuestra que la matriz de andamios se infiltró por fibroblastos y que el polímero fue en gran parte resorbido con poca evidencia de que quedaba. Los ligamentos diseñados también se pueden estudiar in vitro.

En este estudio, las células humanas fueron aisladas de los restos de LCA y expandidas en cultivo. Las células fueron cultivadas en placas recubiertas con anclajes para formar construcciones de ligamentos diseñados. Después de añadir fibrinógeno para fomentar la formación de fibrina, las placas se cultivaron en una incubadora.

Después de 28 días, la fibrina formó tejido lineal entre los dos anclajes. Este tipo de estudio permite a los investigadores entender el papel de diferentes tipos de factores de crecimiento y hormonas, sintetizar el tejido de reemplazo ACL, y determinar maneras de fomentar la reparación de LCA in vivo.

Acabas de ver la introducción de Jove al uso de un modelo de rata para inducir y visualizar lesiones en el ACL. Ahora debe entender cómo el modelo de rata se utiliza para estudiar y la lesión de ligamentos de imagen y varias aplicaciones de este campo de estudio.

¡Gracias por mirar!

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