老年Dunkin-Hartley豚鼠关节内注射后膝关节的显微计算机断层扫描分析

骨关节炎（OA）是一种退行性关节疾病，影响着3250万美国成年人。通常，OA症状仅在疾病变得严重后才会出现。缺乏改善疾病的药物源于对引发和驱动疾病的机制知之甚少。

因此，对用于治疗 OA 的改进药物存在着关键且持续的医疗需求。Dunkin-Hartley 豚鼠是一种成熟的 OA 动物模型，因为它们会自然发展这种疾病，为研究通过关节内注射给药的新型疗法对疾病进展的影响提供了一个强大的模型。由于矿化骨在显微 CT 上具有出色的对比度，因此该模式可用于评估 3D 特征并对与 OA 相关的变化进行定量分析。两个特别相关的定量测量包括骨矿物质密度和小梁厚度，因为两者在疾病进展过程中都会增加。所描述的豚鼠关节内注射方法和随后的显微CT数据分析将有助于减少研究变异性并提高数据分析的效率。

用电动剃须刀剃掉膝盖。对动物进行麻醉，并通过缺乏脚趾捏合反应来确认足够的麻醉深度。将无菌眼部润滑剂放在双眼中，以防止干燥和受伤。

使用圆周运动清洁注射部位三次，并使用稀释的磨砂膏和酒精溶液交替进行。应使用无菌手套。该视频包括使用高压灭菌器硝基手套。

在整个手术过程中应使用无菌技术。将膝盖弯曲 90 度，将手指向髌骨远端移动，通过弯曲和伸展后肢来定位关节空间远端的凹槽。胫骨可以感觉到髌骨远端的骨骼结构。

一旦确定了胫骨和髌骨的位置，关节就在它们之间。小心地将胰岛素针插入关节间隙内髌骨远端的中线。针头应插入皮肤下方一到两毫米。

慢慢注入体积。通过弯曲和伸展关节几次来按摩膝盖，以确保药物的正确分布。将含有福尔马林的样品放入兼容的容器中。

根据制造商的建议校准 micro-CT 机器的暗场和明场暴露。使用 18 微米的铝铜滤光片扫描样品。使用偏移相机使用 0.7 度旋转步长进行 360 度。

从显微 CT 图像中选择一个切片。检查错位补偿。在设置下，应用平滑、光束硬化、CS 旋转和环形伪影。

选择"开始"以开始重建。选择 VOI 并将样品定向为垂直对齐，以便以后进行分析。将编辑后的 VOI 另存为新文件夹。

选择要分析的图像范围，从软骨下板开始。建议对小梁中的软骨下板进行拆分分析，因为它们具有不同的骨骼特征。为每张图像选择感兴趣的区域，以确保它包含骨骼。

选择二元选择。调整直方图，使骨骼中的背景完全分离。选择"骨矿物质密度"选项卡。

将该数据保存到新的分析数据文件夹中。选择自定义处理。首先，执行阈值并选择"自动"，然后运行。

然后选择"去斑点"，然后选择"删除黑色斑点"。重复 Despeckle，然后选择 Remove white speckles。选择"3D 分析"，然后选择基本值和附加值。

A 显示一个被解剖的膝关节，关节腔内存在亚甲蓝染料，显示注射正确。B 是浅注射，导致皮下空间形成水泡。C表示关节空间内缺乏亚甲蓝染料，表明注射不正确。

将软骨下板（如 A 所示）和小梁骨（如 B 所示）的分析分开可能会有所帮助，因为有时它们对不同的骨分析具有不同的参数。对于骨矿物质密度，我们看到 12 个月大的豚鼠与 5 个月大的豚鼠相比，12 个月大的豚鼠的平均数有所增加，这在软骨下板和小梁骨中都是如此，这表明骨矿物质密度随着时间的推移而增加。此外，对于小梁厚度，我们看到 12 个月大的豚鼠和 9 个月大的豚鼠和 5 个月大的豚鼠之间的厚度（以毫米为单位）有所增加，这表明小梁厚度随着时间的推移而增加。

改良的Mankin评分随着豚鼠年龄的增长而增加，如图A所示，图B至D显示甲苯胺蓝染色。B是5个月大的豚鼠，C是9个月大的豚鼠，D是12个月大的珍珠猪。图C中的黑色星号表示蛋白多糖丢失，而图D中的黑色星号表示裂隙，图D中的白色星号表示细胞不足。

目前，严重骨关节炎的唯一治疗方法是置换治疗，这种疗法成本高昂、侵入性强，并可能导致患者发病和死亡。因此，迫切需要继续对OA的动物模型进行研究，并持续开发新型疗法。尽管关节内注射是豚鼠骨关节炎研究不可或缺的一部分，但该程序尚未得到系统的详细说明。

正确的注射程序对于确保动物福利和减少动物总数至关重要，特别是对于需要在数月内多次注射的研究。为了系统地评估OA相关的变化，我们描述了micro-CT分析。Micro-CT 对 OA 变化的评估比对整个样本（而不是一个或几个组织切片）的扫描进行组织学检查更深入。

虽然Dunkin-Hartley豚鼠为研究OA进展和新型疗法的效果提供了一个稳健的模型，但该模型存在局限性。与手术或化学诱导的 OA 后快速发展的变化相比，自发模型通常需要更长的研究期。此外，研究人员可以通过对每只动物的一个肢体进行治疗来减少动物间变异性的影响，使对侧肢体可以作为内部控制。