软骨缺损在猪模型中导致对侧损伤性病变

Chondral Defects Cause Kissing Lesions in a Porcine Model.

作者信息Wenqiang Yan, Xingquan Xu, Qian Xu, Ziying Sun, Zhongyang Lv, Rui Wu, Wenjin Yan, Qing Jiang, Dongquan Shi
PMID32830514
期刊Cartilage
发布时间2021-12
DOI10.1177/1947603520951636

实验完整度

包含体内大动物模型(猪)的缺损制备,以及MRI、大体印度墨水染色、组织学、免疫组化、µCT等多层级验证。

主要模型

巴马小型猪(雌性,40±10 kg) Φ8.5 mm全层软骨缺损模型(股骨内侧髁) Φ6.5 mm全层软骨缺损模型(股骨内侧髁)

重点核对

缺损直径:Φ8.5 mm或Φ6.5 mm全层缺损,制备于股骨内侧髁负重区 观察时间:术后12个月 对照组:8.5FT组左膝作为对照 样本量:每组4只小型猪 印度墨水染色评估对侧胫骨平台损伤性病变

摘要

目的:评估在产生全层软骨缺损12个月后对侧损伤性病变的发展。设计:将八只小型猪随机分为两组:Φ8.5 mm全层软骨缺损组(8.5FT组)和Φ6.5 mm全层软骨缺损组(6.5FT组)。在股骨内侧髁制备Φ8.5 mm或Φ6.5 mm的全层软骨缺损。在处死前进行膝关节磁共振成像(MRI)。使用印度墨水染色进行大体评估对侧损伤性病变。进行组织学染色(苏木精-伊红[HE],番红O/快绿,甲苯胺蓝染色)和免疫组织化学(胶原蛋白I,胶原蛋白II,胶原蛋白X,MMP-3)。完成显微计算机断层扫描分析以评估软骨下骨改变。结果:在胫骨平台观察到明显的对侧损伤性病变。膝关节MRI显示股骨内侧髁和对侧胫骨平台软骨信号强度高。HE染色显示软骨纤维性颤动和明显的细胞死亡。在对侧损伤性病变区域观察到番红O、甲苯胺蓝染色和胶原蛋白II的减少。对侧损伤性病变区域显示胶原蛋白I、胶原蛋白X和MMP-3表达增加。8.5FT组平均骨小梁数量(2.80 1/mm)显著低于对照组(3.26 1/mm)。6.5FT组平均骨小梁厚度(0.54 mm)显著增加,平均骨小梁数量(2.71 1/mm)与对照组(0.32 mm;3.26 1/mm)相比显著减少。结论:在胫骨平台观察到明显的对侧损伤性病变。膝关节MRI显示软骨信号强度高。本研究结果支持全层软骨缺损导致对侧损伤性病变的发生。

实验结论

提炼研究问题、关键发现与证据,快速把握文章的核心贡献。

研究问题
评估全层软骨缺损12个月后是否导致对侧胫骨平台出现损伤性病变。
核心机制
全层软骨缺损引起股骨髁异常变平和变形,导致对侧胫骨平台软骨磨损和退化,伴随软骨基质降解(GAG和胶原II减少)和炎症分解代谢因子(MMP-3)增加,以及软骨下骨重塑。
主要证据
猪模型中制备全层软骨缺损,12个月后通过大体观察、印度墨水染色、MRI、组织学、免疫组化和µCT证实对侧胫骨平台出现损伤性病变,表现为软骨磨损、纤维性颤动、基质蛋白聚糖和胶原II丢失,胶原I、X和MMP-3表达升高,以及缺损下软骨下骨小梁参数改变。
研究意义
研究结果支持全层软骨缺损导致对侧损伤性病变的发展,提示临床中单极软骨病变应及时处理,以预防或延迟对侧损伤性病变的发生,因为双极病变与软骨修复手术效果较差相关。

研究路径

按研究推进顺序梳理实验设计、验证步骤与关键观察。

1

建立全层软骨缺损模型

在猪股骨内侧髁制备两种尺寸的全层软骨缺损,以观察其对对侧关节面的影响。

对8只成熟雌性巴马小型猪随机分组,分别制备Φ6.5 mm或Φ8.5 mm全层软骨缺损(保留软骨下骨板完整),术后自由活动12个月。

2

影像学评估

评估膝关节在缺损后12个月的形态和信号改变。

处死前进行膝关节MRI和µCT扫描,以评估软骨信号异常和软骨下骨微结构变化。

3

大体和组织学评估

评估对侧胫骨平台损伤性病变的大体和组织学特征。

印度墨水染色观察大体磨损,组织学染色(HE、番红O/快绿、甲苯胺蓝)评估软骨形态和GAG含量,OARSI评分量化退变程度。

4

免疫组化分析

评估损伤性病变区域的基质和分解代谢标志物表达。

使用特异抗体检测胶原I、II、X和MMP-3的表达,以反映基质合成和降解的变化。

研究方法

按研究目的归类文中使用的方法,便于定位所需技术。

产品清单

实验环节名称品牌货号
骨软骨移植器械----
3.0 T磁共振扫描仪United Imaging--
显微CT扫描仪Scanco Medical AG--
兔抗胶原蛋白I抗体Abcamab34710
兔抗胶原蛋白II抗体Abcamab34712
小鼠抗胶原蛋白X抗体Abcamab49945
兔抗MMP-3抗体Biossbs-0413R
山羊抗兔IgG H&L(HRP)二抗Abcamab6721
山羊抗小鼠IgG H&L(HRP)二抗Abcamab6789
胃蛋白酶AladdinP110928
山羊血清BosterAR0009
光学显微镜Zeiss--

关键环节

汇总复现实验时建议重点确认的条件及原文阅读提示。

环节核对要点
动物模型建立
动物品系、性别、体重、缺损尺寸、位置、方式、对照组设置、样本量
阅读提示:Methods: Study Design and Surgical Procedure
影像学评估
MRI扫描参数、µCT ROI定义(深度1mm)、分析参数(BV/TV, BMD, Tb.Th, Tb.N, Tb.Sp)
阅读提示:Methods: MRI Acquisition, µCT Analysis; Figure 3
组织学评估
固定时间(10%福尔马林至少24小时)、脱钙(15% EDTA 60天)、切片厚度(3µm)、染色方法、OARSI评分标准
阅读提示:Methods: Histology and OARSI Scoring
免疫组化
一抗信息(抗体、品牌、货号)、抗原修复(0.4%胃蛋白酶37°C 1小时)、封闭(3% H2O2,山羊血清)、一抗孵育(4°C过夜)、二抗孵育(室温1小时)、DAB显色
阅读提示:Methods: Immunohistochemistry