Разработка и оценка крысиной модели полноразмерных дефектов хряща
19 мая 2023 г.
Этот протокол устанавливает модель полноразмерных дефектов хряща (FTCD) путем сверления отверстий в бедренной трохлеарной борозде крыс и измерения последующего болевого поведения и гистопатологических изменений.
Этот протокол не только имитирует возникновение и развитие клинического ФКД, но и обеспечивает надежную модель на животных для оценки терапевтических методов лечения ФТКД. Но эта методика проста в исполнении и позволяет наблюдать за ростом сразу после травмы. Эта методика позволяет успешно имитировать клинические дефекты хряща, предоставляя платформу для изучения патологического процесса дефектов хряща и разработки соответствующих терапевтических препаратов.
Этот метод может быть применен для изучения травматических дефектов хряща, а именно посттравматического остеоартроза. При первом использовании этой техники важно согнуть большеберцовую и малоберцовую кости под углом 90 градусов, чтобы полностью обнажить улитку мыщелка бедренной кости и держать сверло перпендикулярно поверхности хряща. Начните с того, что положите крысу под наркозом на операционный стол в положении лежа на спине.
Наденьте на крысу стерильную простыню, обнажив выбритый и продезинфицированный коленный сустав. Лезвием скальпеля под номером 11 сделайте сантиметровый вертикальный надрез посередине коленного сустава. И разрезаем суставную капсулу и сухожилие четырехглавой мышцы бедра по медиальному краю надколенника.
Затем поверните коленную чашечку наружу и согните большеберцовую и малоберцовую кости под углом 90 градусов, чтобы обнажить мыщелок бедренной кости улиткой. С помощью круглого сверла диаметром 1,6 мм сделайте дефект хряща глубиной 0,1 миллиметра в улитке мыщелка бедренной кости. Протрите место операции ватными шариками, смоченными в 0,9% физиологическом растворе, и замените коленную чашечку.
Затем, удерживая колено в вытянутом положении, сшивайте разрез слой за слоем, используя нерассасывающиеся нити 4-0. Чтобы измерить механический порог вывода крыс, поместите животное в одну пластиковую камеру на платформу из проволочной сетки. Разместите основание из проволочной сетки на высоте 50 сантиметров над столом.
Начинайте измерение MWT через 30 минут адаптации. Затем надавите на нить фон Фрея перпендикулярно поверхности задней лапы крысы. Затем согните кисть на две секунды, избегая самой толстой части центральной части лапы.
Постепенно увеличивайте вес стимула с 4 граммов, пока не возникнет положительная реакция, такая как отдергивание лапы или облизывание. Через 3 дня после моделирования крысы в модельной группе показали снижение MWT по сравнению с фиктивной группой. Предполагают гипералгезию в модельной группе.
MWT модельной группы оставался низким даже через 17 дней. Показательна продолжительность болевой чувствительности. Гистопатологическое окрашивание фиктивной группы показало четкую суставную и интактную поверхность хряща, равномерное распределение хондроцитов и высокую экспрессию коллагена II типа.
Напротив, в модельной группе наблюдалось угнетение поверхности хряща, потеря хондроцитов, увеличение экспрессии матриксной металлопротеиназы MMP13 и снижение экспрессии коллагена II типа. Самое главное, что нужно помнить, это то, что коленная чашечка должна быть уменьшена перед наложением швов.
Просмотрите полный транскрипт и получите доступ к тысячам научных видео
Обзор
Данный протокол описывает создание модели полнослойных дефектов хряща (FTCD) путем сверления отверстий в трохлеарной борозде бедренной кости крыс. В работе измеряются последующие болевые реакции и гистопатологические изменения, что обеспечивает создание надежной модели для оценки эффективности терапевтических методов лечения FTCD.
Основные компоненты исследования
Область науки
- Нейробиология
- Биология
- Ортопедия
Теоретическая часть
- FTCD имитирует клинические дефекты хряща.
- Обеспечивает платформу для изучения патологического процесса при дефектах хряща.
- Позволяет наблюдать за ростом сразу после травмы.
- Применимо для изучения посттравматического остеоартрита.
Цель исследования
- Разработка надежной животной модели FTCD.
- Оценка терапевтических методов лечения дефектов хряща.
- Изучение порога механического отдергивания в ответ на болевой стимул.
Используемые методы
- Сверление полнослойного дефекта хряща в мыщелке бедренной кости.
- Послойное ушивание разреза с использованием нерассасывающихся шовных материалов.
- Измерение механического порога отдергивания (MWT) после операции.
- Гистопатологическое окрашивание для оценки целостности хряща.
Основные результаты
- В модельной группе наблюдалось снижение MWT по сравнению с контрольной группой (sham), что указывает на гипералгезию.
- Гистопатологический анализ выявил депрессию поверхностей хряща и потерю хондроцитов в модельной группе.
- Повышенная экспрессия матриксной металлопротеиназы MMP13 в модельной группе.
- Сниженная экспрессия коллагена II типа в модельной группе.
Выводы
- Модель FTCD эффективно имитирует клинические дефекты хряща.
- Она позволяет изучить механизмы боли, связанные с повреждением хряща.
- Для получения точных результатов важно обеспечить правильную хирургическую технику.
Часто задаваемые вопросы
Практическая значимость для промышленности
Создание надежной модели полнослойных дефектов хряща (FTCD) на крысах восполняет критический пробел в доклинической оценке болезнь-модифицирующей терапии повреждений хряща и посттравматического остеоартрита. Данная модель позволяет проводить количественную оценку болевого поведения и гистопатологических изменений, что повышает прогностическую достоверность на ранних этапах разработки лекарственных препаратов. Воспроизводимость и клиническая значимость этой модели делают ее базовым инструментом для отбора перспективных кандидатов (portfolio triage) и снижения механистических рисков в исследованиях и разработках в области опорно-двигательного аппарата.
Стратегические применения в биофармацевтических исследованиях и разработках
Ранний поиск и валидация мишени
- Позволяет проверять терапевтические гипотезы, направленные на восстановление и борьбу с дегенерацией хряща.
- Обеспечивает снижение биологических рисков за счет воспроизведения in vivo патологических признаков, характерных для человека.
- Способствует функциональной валидации мишеней с помощью измеримых показателей боли и состояния тканей.
- Повышает прогностическую достоверность при отборе молекул-кандидатов для лечения патологии хряща.
Скрининг и разработка анализа
- Подготовка валидированных животных систем для последующего скрининга эффективности и безопасности новых препаратов.
- Стандартизация показателей боли и гистопатологических данных для воспроизводимой оценки соединений.
- Обеспечение количественной оценки влияния вмешательств на порог механического отдергивания и целостность тканей.
- Поддержка масштабируемой платформенной оценки различных терапевтических методов.
Трансляционные и доклинические исследования
- Соответствует значимым с точки зрения заболевания конечным точкам, наблюдаемым при дефектах хряща и остеоартрите у людей.
- Обеспечивает непрерывность процесса от этапа поиска до доклинической валидации анальгетических и регенеративных стратегий.
- Позволяет принимать обоснованные с учетом рисков решения о дальнейшем продвижении на основе трансляционно значимых биомаркеров.
- Способствует снижению механистических рисков путем установления связи между молекулярными изменениями (например, MMP13, коллаген II типа) и функциональными результатами.
Интеграция конвейера и рабочего процесса
Данная модель крыс с FTCD интегрирована в континуум от поиска мишени до доклинических исследований, обеспечивая переход от ранней валидации мишени к оценке трансляционной эффективности программ по восстановлению хряща и лечению остеоартрита.
- Фундаментальная биология: способствует проверке гипотез и уточнению путей дегенерации хряща и механизмов возникновения боли.
- Скрининг: обеспечивает воспроизводимые количественные показатели боли и гистопатологии для отбора соединений.
- Аналитика: предоставляет измеримые конечные точки, такие как порог механического отдергивания и экспрессия биомаркеров, для сравнительного анализа.
- Трансляционные исследования: сопоставляет доклинические результаты с клинической патологией, поддерживая развитие исследований на основе биомаркеров.
- Корпоративное повторное использование: предлагает стандартизированную, многократно используемую платформу in vivo для различных научно-исследовательских инициатив, направленных на изучение хряща.
Операционное и корпоративное воздействие
- Научная ценность: Повышает прогностическую достоверность и снижает механистическую неопределенность в программах, направленных на хрящевую ткань.
- Операционная ценность: Улучшает стандартизацию, воспроизводимость и масштабируемость доклинических исследований эффективности.
- Стратегическая ценность: Повышает качество принятия решений о продолжении или прекращении разработки (go/no-go) и эффективность использования капитала за счет обеспечения ранней оценки биологических рисков.
- Влияние на портфель: Обеспечивает приоритезацию с учетом рисков и продвижение кандидатов, обладающих болезнь-модифицирующим действием.
Рекомендации по внедрению
- Требуется опыт в области хирургии мелких животных и оценки болевого поведения.
- Необходим доступ к инфраструктуре для гистопатологического анализа и анализа биомаркеров.
- Требуется межкомандная стандартизация хирургических и аналитических протоколов.
- Может потребоваться адаптация для различных линий грызунов или разной степени тяжести повреждения.
- Ограничения включают видоспецифические реакции и необходимость в тщательном соблюдении хирургической техники для обеспечения достоверности модели.
