Method Article
פרוטוקול נוכחי זה מתאר הליך ליצירת מודל חולדה של אוסטאוסרקופניה באמצעות כריתת שחלות.
אוסטאוסרקופניה (OS), הפרעה ניוונית מורכבת, מאופיינת בירידה בו-זמנית במסת שריר השלד ובצפיפות המינרלים בעצם (BMD), מה שמהווה סכנה בריאותית עצומה לאוכלוסייה המבוגרת. למרות הרלוונטיות הקלינית שלו, המנגנונים הפתופיזיולוגיים העומדים בבסיס OS אינם מובנים במלואם, מה שמדגיש את הצורך בהבנה עמוקה יותר של האטיולוגיה שלו כדי להקל על אסטרטגיות טיפול יעילות. פיתוח מודל אמין של בעלי חיים הוא מרכזי במאמץ זה. מחקר זה מציג פרוטוקול מעודן לאינדוקציה של אוסטאוסרקופניה לאחר גיל המעבר בחולדות באמצעות כריתת שחלות דו-צדדית, שיטה הידועה כמאיצה את הופעת אובדן שרירים ועצם הקשור לגיל. במחקר זה, חולדות בגילאי 12 שבועות חולקו לפי משקל גוף והוקצו באופן אקראי לקבוצת ניתוח דמה או לקבוצת שחלות (OVX). דגימות רקמה משרירי הארבע ראשי והתלת ראשי של הגפה האחורית השמאלית, כמו גם מעצם הירך השמאלית, נאספו באופן שיטתי בשבועות 4, 8 ו-12 שבועות לאחר הניתוח. גישה שיטתית זו מבטיחה הערכה מקיפה של ההשפעות של כריתת שחלות על בריאות השרירים והעצמות. הערכה היסטולוגית של ניוון סיבי שריר ומורפולוגיה של עצם הירך בוצעה באמצעות צביעת המטוקסילין ואאוזין (HE), בעוד שצפיפות המינרלים בעצם כומתה באמצעות ספיגת קרני רנטגן באנרגיה כפולה (DXA). ההתקדמות הזמנית של OS נוטרה בקפידה במרווחים שהוזכרו לעיל, וסיפקה תובנות לגבי יחסי הגומלין הדינמיים בין ניוון שרירים ועצמות. מודל זה לא רק משקף במדויק את הביטויים הקליניים של מערכת ההפעלה, אלא גם משמש כפלטפורמה חזקה לחקירת גישות טיפוליות חדשות והמנגנונים העומדים בבסיסן.
אוסטאוסרקופניה היא מצב ניווני רב-פנים המקפל את הביטויים הקליניים של אוסטאופורוזיס וסרקופניה 1,2,3,4. אוסטאופורוזיס, הפרעת שלד נפוצה, מאופיינת בירידה במסת העצם, מיקרו-ארכיטקטורה פגומה ורגישות מוגברת לשברים. סרקופניה, המכונה לעתים קרובות תסמונת בזבוז שרירים, מאופיינת בירידה בכוח השריר ובמסה 5,6. 7 הממצאים של מרים גילו כי אוסטאוסרקופנייה העלתה את הסיכון למוות ב-30% על סרקופניה בלבד וב-8% על BMD נמוך בלבד. מחקרים הראו כי 16.4% מהאנשים המתגוררים בקהילה בגילאי 60 ומעלה סובלים מאוסטאוסרקופניה. בדרום קוריאה, שכיחות האוסטאוסרקופנייה בקרב קשישים בני 60 ומעלה שסבלו משברים בירך מדווחת על 27.2%9. אנשים עם OS מתמודדים עם סיכונים גבוהים יותר לנפילות, שברים, אשפוז ואשפוז, מה שמכביד על מערכת הבריאות והחברה10,11. בהתחשב בחומרת ההשלכות הללו, חיוני לפתח וליישם אמצעים יעילים למניעה וטיפול במערכת הפעלה. למרות הדחיפות, המחקר בתחום זה נותר בחיתוליו, עם ויכוחים מתמשכים סביב קריטריונים לאבחון ויעילותן של שיטות טיפול שונות. פיתוח מודלים אמינים של בעלי חיים חיוני אפוא לניתוח הפתוגנזה של OS וחשיפת היסודות המולקולריים שיכולים להודיע על גישות טיפול יעילות יותר.
נכון לעכשיו, מודלים נפוצים למחקרים פרה-קליניים על אוסטאוסרקופניה כוללים את מודל ההזדקנות, המדמה את תהליך ההזדקנות האנושי ללא התערבות תרופתית. גישה זו קרובה יותר לתהליך הטבעי והיא חסכונית; עם זאת, זה דורש השקעה משמעותית של זמן להתבגרות12. שיטת הזרקת התרופות הכימיות מציעה יתרונות מסוימים, כגון מחזור דוגמנות קצר, תוצאות יציבות ועלות נמוכה. עם זאת, הוא מציב גם אתגרים, כולל קביעה מדויקת של מינון ההורמונים, המיומנות הטכנית הנדרשת להזרקה וההשפעות המשתנות של התערבויות הורמונליות13,14. מודלים של הנדסה גנטית עשויים לכלול אורגניזמים מהונדסים גנטית שיכולים להיות פגומים גנטית ויקרים כאחד. למרות שדגמים אלה ספציפיים מאוד, הם מורכבים ויקרים יותר לייצור15. מודלים של חוסר שימוש מדמים את ההשפעות של מנוחה ממושכת במיטה על חולים קליניים16. מודלים של חוסר שימוש הם יעילים וחסכוניים לטיפול באובדן שרירים, אך קשורים לסיבוכים כמו קרישי דם ופצעי לחץ. מודלים אלה מנוטרים באופן שגרתי כדי למנוע נמק גפיים17,18 ומודלים חסרי הורמונים; קיימת הסכמה רווחת בקהילה המדעית כי כריתת שחלות דו-צדדית משמשת כשיטה יעילה לביסוס מודל בעלי חיים של אוסטאופורוזיס19,20.
מחקרים מצביעים על כך שרקמות עצם ושריר יכולות גם לקיים אינטראקציה זו עם זו באמצעות מנגנונים אוטוקריניים, אנדוקרינייםופרקריניים 21. הצטברות רקמת שומן בשריר ובמח העצם משמשת אינדיקטור לירידה במסת העצם והשריר בהקשר של אוסטאוסרקופניה2. סרקופניה אצל מבוגרים קשורה ישירות לירידה בצפיפות העצם ולהידרדרות המיקרו-ארכיטקטורת העצם. בנוסף, מסת שריר מופחתת משמשת כגורם סיכון עצמאי לפירוק מבנה העצם22. מתודולוגיה זו הוכרה כאסטרטגיה בת קיימא למידול של סרקופניה23,24, שיכולה לשמש כמודל משולב לשני המצבים25. למרות גוף המחקר המוגבל הנוגע ליישום כריתת שחלות כאמצעי לגרימת אוסטאוסרקופניה, גישה זו מדגימה יעילות פוטנציאלית. היתרונות של שימוש בכריתת שחלות במחקרים פרה-קליניים כוללים תהליך מידול מהיר, ביטול התערבויות פרמקולוגיות, יצירת מודל ניסיוני יציב, יישום פשוט וחסכוניות.
המחקר הנוכחי נועד לשרטט את ההליך ליצירת מודל פרה-קליני בחולדות נקבות באמצעות הסרת מקטע של חצוצרות ושחלות אצל אנשים שאינם בהריון. גישה זו משמשת ככלי רב ערך לחקירת היסודות המולקולריים של OS ולהערכת היתרונות הטיפוליים של התערבויות בסביבה ניסויית מבוקרת.
נקבות חולדות Sprague Dawley (n = 36), בנות 12 שבועות ובמשקל של כ-200-240 גרם, שוכנו בנפרד בכלובים מאווררים בחדר בעלי חיים נטול פתוגנים ספציפיים (SPF) עם מחזור אור/חושך של 12 שעות. הייתה להם גישה חופשית להזנת SPF ומים סטריליים. החולדות הורשו להתאקלם בסביבה במשך שבוע לפני הניסויים. באמצעות הקצאה אקראית, החולדות חולקו לקבוצות שחלות (OVX) (כל אחת עם 6 חולדות) וקבוצות דמה (כל אחת עם 6 חולדות) במשך 4, 8 ו-12 שבועות לאחר הניתוח. כל ההליכים בבעלי חיים בוצעו בהתאם להנחיות שאושרו על ידי הוועדה לרווחת בעלי חיים באוניברסיטת ליאונינג לרפואה סינית מסורתית (מס' 21000042021040).
1. כריתת שחלות בחולדות
הערה: המנגנון הכירורגי המשמש בפרוטוקול זה נמצא באיור 1.
2. אוסף רקמות עצם ורקמות שריר
הערה: חולדות הומתו עם מנת יתר של נתרן פנטוברביטל (100-200 מ"ג/ק"ג) לאחר 4, 8 ו-12 שבועות לאחר ניתוח הדוגמנות. בסך הכל נאספו 36 דגימות.
3. בדיקה פתולוגית
4. ניתוח סטטיסטי
פרוטוקול זה מספק תיאור מפורט של הליך כריתת השחלות הדו-צדדית לביסוס מודל חולדה של אוסטאוסרקופניה. איור 3 מדגים ירידה במקדם המשקל הרטוב של שריר הארבע ראשי בקבוצת OVX בהשוואה לקבוצת הדמה. למרות שלא הייתה שונות מובהקת סטטיסטית ב-BMD בין שתי הקבוצות 4 שבועות לאחר הניתוח, ה-BMD בקבוצת ה-OVX היה נמוך משמעותית מזה בקבוצה שנותחה בדמה ב-8 ו-12 שבועות לאחר הניתוח.
באיור 4, נצפתה ניוון משמעותי של שריר התלת ראשי בקבוצת OVX, עם פער סיבי שריר גדול יותר בהשוואה לקבוצת הדמה ב-12 שבועות לאחר הדוגמנות. איור 5 מדגים כי ב-4 שבועות לאחר הניתוח, הצפיפות הטרבקולרית של ראש הירך הן בקבוצות ה-OVX והן בקבוצות ניתוחי הדמה הייתה דומה, והראתה סידור קבוע וצפוף עם קישוריות טובה. עם זאת, עד 8 שבועות לאחר הניתוח, הטרבקולות בקבוצת ה-OVX החלו לרדת במספרן, והפכו מסודרות בדלילות עם אזור מוגדל של חלל מח העצם. כמות האדיפוציטים בחלל מח העצם הייתה גבוהה יותר מאשר בקבוצת הדמה. ב-12 שבועות לאחר הניתוח, הטרבקולות ב-OVX הראו ירידה ניכרת, והציגו קשרים הדדיים לא שלמים, התרחבות ניכרת באזור חלל מח העצם וספירת אדיפוציטים מוגברת משמעותית בהשוואה לקבוצת הדמה.
איור 1: מכשירים כירורגיים. (A) מחזיק מחט ישר. (B) מספריים ישרים של מיונז. (ג) מגש החלפת תרופות חד פעמי. (ד) מזרקי צמר גפן סטריליים (E). (ו) יוד. (ז) מחט תפרים. (ח) קו תפר. אנא לחץ כאן לצפייה בגרסה גדולה יותר של איור זה.
איור 2: הקמת מודל OVX. (A) הסרת שיער. (B) פתח כירורגי באורך 1 ס"מ נוצר מהעור לשכבה התת-עורית. (ג) קשירה הכרוכה בהסרת שחלות וחלק מהחצוצרות. (ד) פצע סגור. אנא לחץ כאן לצפייה בגרסה גדולה יותר של איור זה.
איור 3: שריר/משקל גוף ארבע ראשי וצפיפות מינרלים בעצם. (A) מקדם משקל רטוב של שרירי הארבע ראשי. (B) צפיפות מינרלים בעצם (בהשוואה לקבוצת הדמה, * P<0.05, ** P<0.01, *** P<0.001). אנא לחץ כאן לצפייה בגרסה גדולה יותר של איור זה.
איור 4: צביעת HE של קטעי רקמה מסיבי השריר של שריר התלת ראשי של השוק. (A) מורפולוגיה של שרירים 4 שבועות לאחר הליך המידול בקבוצת הדמה. (B) מורפולוגיה של שרירים 8 שבועות לאחר הליך המידול בקבוצת הדמה. (C) מורפולוגיה של שרירים 12 בעקבות הליך המידול בקבוצת הדמה. (D) מורפולוגיה של שרירים 4 שבועות לאחר הדוגמנות בקבוצת OVX. (E) מורפולוגיה של שרירים 8 שבועות לאחר הדוגמנות בקבוצת OVX. (F) מורפולוגיה של שרירים 12 שבועות לאחר הדוגמנות בקבוצת OVX. מוטות קנה מידה: 1000 מיקרומטר. אנא לחץ כאן לצפייה בגרסה גדולה יותר של איור זה.
איור 5: צביעת HE של קטעי רקמה מראש עצם הירך. (A) מורפולוגיה של עצם הירך 4 שבועות לאחר המידול בקבוצת הדמה. (B) מורפולוגיה של עצם הירך 8 שבועות אחרי המודלים בקבוצת הדמה. (C) עצם הירך 12 שבועות לאחר הדוגמנות בקבוצת הדמה. (D) מורפולוגיה של עצם הירך 4 שבועות אחרי הדוגמנות בקבוצת OVX. (E) מורפולוגיה של עצם הירך 8 שבועות לאחר הדוגמנות בקבוצת OVX. (F) מורפולוגיה של עצם הירך 12 שבועות לאחר הדוגמנות בקבוצת OVX. פסי קנה מידה: 1000 מיקרומטר. (G) אזור שומן מכומת. אנא לחץ כאן לצפייה בגרסה גדולה יותר של איור זה.
המודל הדו-צדדי של בעלי חיים עם שחלות הוא חיוני בהבהרת המנגנונים העומדים בבסיס אוסטאוסרקופניה, ובהערכת התערבויות טיפוליות פוטנציאליות. אוסטאופורוזיס הנגרמת על ידי כריתת שחלות בחולדות, המשקפת את הירידה הפתאומית ברמות האסטרוגן שנצפתה אצל נשים לאחר גיל המעבר, משמשת בדרך כלל כמודל למחקר אוסטאופורוזיס. יתר על כן, מחקרים הדגישו קשר משמעותי בין אוסטאופורוזיס לסרקופניה אצל אנשים מבוגרים, כאשר אובדן שרירים ועצם נצפה לעתים קרובות. כתוצאה מכך, מחקרים רבים השתמשו במודל זה כדי לחקור סרקופניה28,29. כתוצאה מכך, המחקר הנוכחי מבסס בהצלחה מודל של בעלי חיים של אוסטאוסרקופניה.
יש לקחת בחשבון מספר גורמים חשובים בעת הקמת מודל אמין. דגם חיה מתאים חייב להיות מאופיין בנוחות, רלוונטיות וספציפיות30. חולדות SD הן החיות הנפוצות ביותר במודלים של אוסטאופורוזיס. לאחר הסרת השחלות, מנגנון טרנספורמציה זה המתרחש בעצמות של חולדות דומה מאוד לתהליך של אובדן עצם לאחר גיל המעבר שנצפה בבני אדם31,32. מחקרים מצביעים על כך שחולדות בגילאי 11 שבועות עד 36 שבועות הן אופטימליות לשכפול מודלים של אוסטאופורוזיס או סרקופניה 33,34,35,36. מבחינת מגדר, השכיחות של אוסטאוסרקופנייה בקרב נשים הייתה גבוהה יותר ועמדה על 28% מאשר בקרב גברים ב-14%21; לכן, בחרנו חולדות נקבות. חולדות מתבגרות מינית בגיל6 שבועות בערך, לכן בחרנו חולדות בנות 12 שבועות. מחקר מצא כי נפחי שרירי הארבע ראשי הופחתו משמעותית אצל מבוגרים בהשוואה לאנשים צעירים יותר, מה שמצביע על כך שלהזדקנות יש השפעה מזיקה יותר על נפחהארבע ראשי 38. אוסטאופורוזיס משתמשת בצפיפות המינרלים בעצם הירך כתקן הזהב32. לכן, בחרנו את שריר הארבע ראשי ואת עצם הירך.
עקביות בטכניקה הכירורגית היא קריטית, כאשר מומלץ שאותו אדם יבצע את כל ההליכים כדי להבטיח אחידות במיקום החתך ובגודלו. ההליך כולו מורכב מכמה שלבים מכריעים. ראשית, הזרקה תוך-צפקית של חומר הרדמה אמורה להימנע מניקוב איברים פנימיים. לפני מתן התרופה, חיוני לשאוף כדי לוודא שהמחט לא נכנסה לכלי דם, לדחוף את בוכנת המזרק בצורה מדויקת ולשמור על יציבות ומהירות לאורך כל התהליך. שנית, זיהוי השחלה במהירות לאחר חיתוך הצפק יכול להיות מאתגר, ומחייב הבנה מקיפה של אנטומיה של חולדות על ידי המפעיל. לאחר איתור השחלה, קשירה והסרה של חלק מצינור הביצית והשחלה היא צעד חיוני להישרדות החולדה לאחר הניתוח. בשל רקמת השומן הרכה ליד השחלה, התפר עלול להשתחרר בקלות לאחר הקשירה, מה שמוביל לדימום ואולי למוות לאחר הניתוח. לבסוף, לפני התפירה, מומלץ למרוח פניצילין על אתר הניתוח, עם מתן תוך שרירי נוסף 3 ימים לאחר הניתוח כאמצעי מניעה נגד זיהום.
כתוצאה מהליכים כירורגיים ומתן הרדמה, חולדות עלולות לחוות כאבים עזים או אפילו מוות, מה שמחייב את הצבתן בסביבה חמה, היגיינית ומאווררת היטב עד שהן חוזרות להכרה. ניטור ערני הוא הכרחי במהלך השבוע הראשוני שלאחר הניתוח, עם תשומת לב לפעילות ההתנהגותית של החולדות לאורך כל המחקר.
היתרונות של מודל זה כוללים את אופיו הידידותי למשתמש, יכולות המידול היעילות, העלות-תועלת והיכולת לחקות את ההתפתחות הטבעית של אוסטאופורוזיס ואובדן שרירים. עם זאת, ישנם אילוצים מסוימים הקשורים למודל זה, כגון הירידה המהירה ברמות האסטרוגן לאחר ניתוח להסרת שחלות, כאשר אסטרוגן אינו מוכר כתורם ישיר לסרקופניה. הניסוי הנוכחי נערך על חולדות נקבות ולא כלל חולדות זכרים. למרות מגבלות אלה, מודל בעלי החיים לכריתת שחלות דו-צדדית התגלה כמשאב רב ערך לחקר מערכת ההפעלה ולחקר דרכים להתקדמות מחלות.
כל מחבר מצהיר שאין אינטרסים פיננסיים מתחרים.
עבודה זו נתמכת על ידי מענקים מ-(1) הקרן הלאומית למדעי הטבע (82305275). (2) תוכנית קרן מדעי הטבע המחוזית של ליאונינג (2022-YGJC-80 ו-2022-YGJC-79). (3) פרויקט בניית משמעת מפתח ברפואה סינית ברמה גבוהה של המינהל הלאומי של הרפואה הסינית המסורתית (zyyzdxk-2023040).
Name | Company | Catalog Number | Comments |
Double lion Irradiated Rodent Diet | Suzhou Shuangshi Experimental Animal Feed Technology Co., Ltd. | GB 14924.3 | Animal feed |
Disposable medication changing tray | Yangzhou Chenglin Medical Technology Co., Ltd. | RVnpFXLc | |
Dual Energy X-ray Bone Densitometer | Xuzhou PinyuanElectronic Technology Co., Ltd. | DXA-800E | |
Iodine | Shanghai Likang Sterilization Hi-Tech Co., Ltd. | LK-310512 | |
IVCs rat cage | Suzhou Monkey King Animal Experimental Equipment Technology Co., Ltd. | HH-MMB-2 | Animal barrier |
Penicillin sodium | North China Pharmaceutical Group Limited Liability Co., Ltd. | H13020654 | |
sodium pentobarbital | Sigma-Aldrich, St. Louis, MO | P3761-5G | |
Sterile cotton ball | Henan Piaoan Group Co., Ltd | 20140017 | |
Straight Mayo scissors | Shenzhen Huayang Biotechnology Co., Ltd. | 18-0410 | |
Straight needle holder | Shanghai Simplicity Biotechnology Co., Ltd. | 32100-14 | |
Suture line | Shenzhen Huayang Biotechnology Co., Ltd. | 18-5902 | |
Suture needle | Shenzhen Huayang Biotechnology Co., Ltd. | 18-5036 | |
Syringes | Shenzhen Huayang Biotechnology Co., Ltd. | 21-3021 |
Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article
Request PermissionThis article has been published
Video Coming Soon
Copyright © 2025 MyJoVE Corporation. All rights reserved