Ontwikkeling van een chronisch model voor rotator cuff-letsel bij konijnen voor de studie van fibrose en spierdegeneratie

Een reproduceerbaar en fysiologisch relevant diermodel biedt de mogelijkheid om het begrip van de pathogenese van ziekten te vergroten, de resultaten van klinische therapieën te evalueren en chirurgische behandelingen te verbeteren en verder te ontwikkelen³⁵. In deze studie werd een betrouwbaar en nauwkeurig SSC-model voor konijnen vastgesteld dat aspecten van de menselijke RC-anatomie en pathofysiologie nabootst. RC-tranen zijn gerelateerd aan progressieve en waarschijnlijk onomkeerbare spierdegeneratieve veranderingen, wat resulteert in een verminderd genezingspotentieel. Ko et al. toonden bijvoorbeeld aan dat de hernieuwde hechting van konijnen-SSP na 6 weken de spieratrofie of FD in de volgende 6 weken niet omkeerde. Dergelijke FD-gemedieerde spieratrofie beïnvloedt verschillende belangrijke klinische parameters, waaronder peesspierkracht en gewrichtsbewegingsbereik, die de chirurgische resultaten kunnen beïnvloeden^36,37.

Het hier vastgestelde protocol vertoonde significante chronisch-achtige kenmerken na de doorsnede van SSC-spierpeeseenheden. In het bijzonder omvatten deze veranderingen een zichtbaar verminderde spiermassa en een verhoogd vetgehalte en fibrotisch weefsel (Figuur 2, Figuur 3 en Figuur 4). Deze bevindingen komen overeen met degeneratieve veranderingen die zijn gerapporteerd in menselijke RC-tranen³⁸. In de afgelopen jaren is de rat naar voren gekomen als een van de meest intensief bestudeerde diermodellen voor RC-ziekte en -letsel vanwege de hoge anatomische overeenkomsten met zowel menselijke als rat SSP’s die onder het acromion^38,39,40 reizen. Er moet echter worden opgemerkt dat het deel van de SSP van de rat dat onder de acromiale boog doorgaat, gespierd is in tegenstelling tot peesvormig, wat het geval is bij mensen⁴¹. Het belangrijkste is dat Barton et al. een gebrek aan significante vetophoping herkenden na SSP-peesloslating bij ratten²³, wat in contrast staat met de menselijke conditie⁴². Als zodanig wordt aangenomen dat het SSC-complex van het konijn een geschikt model kan bieden om de chronische RC-scheur van mensen na te bootsen.

Om de reproduceerbaarheid van dit model te garanderen, zijn twee punten het vermelden waard bij het uitvoeren van dit protocol. Ten eerste kan na de doorsnede van spier-peeseenheden het vrije uiteinde van de doorgesneden pees het risico lopen verklevingen te vormen, waardoor het ophalen van de pees moeilijk kan worden voor latere manipulaties. Om dit probleem te voorkomen, werd een niet-resorbeerbare siliconenslang gebruikt om het vrije uiteinde van de spier-peesovergang na doorsnede te omwikkelen om spontane adhesie aan omliggende weefsels en spontane genezing te voorkomen (Figuur 1E). Verder kan de doorgesneden spier-peeseenheid tijdens een tweede interventieprocedure (d.w.z. om een veilige reparatie uit te voeren; gegevens niet getoond) duidelijk worden geïdentificeerd door het uiteinde van gewonde weefsels in te pakken op het moment van de eerste operatie. Deze techniek is economisch, effectief en kan gemakkelijk worden geïmplementeerd in de chirurgie⁴³. Ten tweede zijn konijnen een zeer gevoelige soort die na een operatie schadelijk gedrag kan vertonen. Om dergelijke problemen te voorkomen, wordt het ten zeerste aanbevolen om ook een zachte kraag aan te brengen om ongewenst gedrag te voorkomen, waaronder zelfverminking, likken van operatieplaatsen en verwijderen van hechtingen (Figuur 1I). In vergelijking met commercieel conventionele E-halsbanden die zijn gemaakt van hard plastic, veroorzaakte de zelfgemaakte zachte halsband geen huidletsel of andere bijwerkingen die het dierenwelzijn of de kwaliteit van wetenschappelijk onderzoek beïnvloedden. Samen zijn dergelijke stappen van cruciaal belang om een nauwkeurig reproduceerbaar RC-verwondingsmodel voor konijnen te creëren en de mogelijkheid te bieden om de regeneratieve reparatiestrategieën te bestuderen.

Om de pathofysiologie en genezing van pezen in een diermodel te bestuderen, moet een duidelijk en reproduceerbaar letsel worden gecreëerd en moeten de studietijdstippen zorgvuldig worden geselecteerd. De overgrote meerderheid van de onderzoeken naar peesletsel en genezing is uitgevoerd op volledig doorgesneden pezen^{van dieren 44}, aangezien transsectie een eenvoudige procedure is die zeer reproduceerbaar is en het klinische scenario adequaat kan simuleren^45,46. Huegel et al. toonden aan dat de verwonding van een gedeeltelijk doorgesneden pees minder ernstig was dan die van een volledig doorgesneden pees, en immobilisatie had een nadelig effect op de peesmechanica, waaronder verhoogde gewrichtsstijfheid⁴⁷. Om de atrofie en FD te evalueren die wordt gezien in de setting van massieve RC-scheur, is het essentieel om de experimenteel waargenomen karakteristieke tijdstippen te definiëren. Gupta et al. hebben een RC-verwondingsmodel gevalideerd bij het mannelijke konijn en spieratrofie waargenomen op tijdstippen van 2 en 6 weken, met een verhoogd vetgehalte op latere tijdstippen (minder dan 5% vetgehalte na 2 weken versus meer dan 10% vetgehalte na 6 weken), consistent met het pathologische proces dat wordt waargenomen bij menselijke RC-tranen¹¹. In deze studie werd een enorme RC-scheur gecreëerd door transsectie van de SSC-spier-peeseenheid bij mannelijke en vrouwelijke konijnen gedurende 4 weken, wat resulteerde in SSC-spier FD (36,5% vetgehalte). Een tijdspunt van 4 weken is dus geschikt voor het genereren van SSC-spier FD bij mannelijke en vrouwelijke witte konijnen uit Nieuw-Zeeland.

Er zijn verschillende beperkingen aan deze studie. Deze omvatten: (i) stappen die verband houden met het genereren van diermodellen, zoals een relatief kort tijdspunt en mogelijk inflammatoire materialen (penroseslangen op siliconenbasis) voor het genereren van chronisch letsel; ii) karakterisering en analyse van diermodellen, zoals het ontbreken van loopanalyse en elektromyografie om de kinematica van de gewrichten en de contractiele krachtopwekking van de spieren te beoordelen; en (iii) vergelijking van diermodellen, zoals het ontbreken van vergelijking met andere RC-verwondingslocaties.

In termen van modelgeneratie gaat het bij menselijke RC-letsels meestal om progressieve atrofie en FD die over een periode van meerdere jaren kunnen optreden, wat relatief langer is dan het hier gerapporteerde tijdspunt van 4 weken. Dit wordt acceptabel geacht, aangezien een diermodel dat in relatief korte tijd ongeveer 36,5% intramusculair vet genereert, logistiek handig zal zijn en indien nodig kan worden verlengd. Bovendien is de biocompatibiliteit van implantaten op siliconenbasis, zoals penrose-slangen, een bron van langdurige controverse geweest vanwege meldingen van cellulaire immuunrespons en ontsteking⁴⁷; daarom kan een alternatief inert materiaal, zoals polyethyleenglycol (PEG), worden vervangen door het omwikkelen van de gereseceerde pees als ontstekingsgerelateerde RC-onderzoeken worden uitgevoerd.

Wat de karakterisering en analyse van diermodellen betreft, kan het ontbreken van loopanalyse⁴⁹ en elektromyograafstudies⁵⁰ de bevindingen van het onderzoek beperken tot kwalitatieve histologische gegevens. Deze aspecten kunnen in toekomstige studies worden aangepakt door gebruik te maken van videobewegingsanalyse⁵¹ en oppervlakte-elektromyografie⁵⁰ om kwantitatieve gegevens te genereren over schouderkinematica en RC-spierprestaties.

In termen van modelvergelijking, aangezien de SSP- en infraspinatus-pezen bij konijnen ook op grote schaal zijn gebruikt voor RC-studies, zal het vergelijken van de ernst van de verwonding, inclusief FD tussen deze verschillende letselplaatsen in de toekomst, aanvullende plaatsen identificeren voor modeloptimalisatie.

Samenvattend heeft deze studie een protocol ontwikkeld voor het modelleren van chronisch-achtige RC-verwondingen bij mannelijke en vrouwelijke konijnen. Dit model is handig voor onderzoekers vanwege de eenvoud (transsectie) en de relatief korte periode om chroniciteit te induceren (4 weken) en tegelijkertijd een grote mate (36,5%) van intramusculaire FD te genereren. Als zodanig wordt verwacht dat dit protocol onderzoekers zal helpen bij de studie van RC-pathofysiologie, en de ontwikkeling van nieuwe therapieën voor spier-peesherstel en -regeneratie zal vergemakkelijken.