Entwicklung eines Kaninchen-Verletzungsmodells für chronisch ähnliche Rotatorenmanschetten zur Untersuchung von Fibrose und muskulärer Fettdegeneration

Ein reproduzierbares und physiologisch relevantes Tiermodell bietet die Möglichkeit, das Verständnis der Krankheitspathogenese zu verbessern, die Ergebnisse klinischer Therapien zu bewerten und chirurgische Behandlungen zu verbessern und weiterzuentwickeln³⁵. In dieser Studie wurde ein zuverlässiges und genaues SSC-Modell für Kaninchen entwickelt, das Aspekte der menschlichen RC-Anatomie und Pathophysiologie nachahmt. RC-Risse stehen im Zusammenhang mit fortschreitenden und wahrscheinlich irreversiblen muskulären degenerativen Veränderungen, die zu einem verminderten Heilungspotenzial führen. Ko et al. zeigten beispielsweise, dass das Wiederanheften von Kaninchen-SSP nach 6 Wochen die Muskelatrophie oder FD in den folgenden 6 Wochen nicht rückgängig machte. Eine solche FD-vermittelte Muskelatrophie beeinflusst mehrere wichtige klinische Parameter, einschließlich der Sehnenmuskelkraft und des Bewegungsumfangs der Gelenke, was die chirurgischen Ergebnisse beeinflussen kann^36,37.

Das hier etablierte Protokoll zeigte signifikante chronisch ähnliche Merkmale nach der Durchtrennung von SSC-Muskel-Sehnen-Einheiten. Zu diesen Veränderungen gehören insbesondere eine sichtbar verringerte Muskelmasse und ein erhöhter Fettgehalt und fibrotisches Gewebe (Abbildung 2, Abbildung 3 und Abbildung 4). Diese Befunde stehen im Einklang mit degenerativen Veränderungen, die in menschlichen RC-Rissen berichtet wurden³⁸. In den letzten Jahren hat sich die Ratte aufgrund ihrer hohen anatomischen Ähnlichkeiten mit menschlichen und Ratten-SSPs, die unter dem Schulterdach reisen, zu einem der am intensivsten untersuchten Tiermodelle für RC-Erkrankungen und -Verletzungen entwickelt^38,39,40. Es sollte jedoch beachtet werden, dass der Teil der SSP der Ratte, der unter dem Schulterdachbogen verläuft, muskulär ist, im Gegensatz zu tendinös, was beim Menschen der Fall ist⁴¹. Am wichtigsten ist, dass Barton et al. einen Mangel an signifikanter Fettansammlung nach SSP-Sehnenablösung bei Ratten feststellten²³, was im Gegensatz zum menschlichen Zustand steht⁴². Daher wird angenommen, dass der SSC-Komplex des Kaninchens ein geeignetes Modell darstellen könnte, um den chronischen RC-Riss des Menschen nachzuahmen.

Um die Reproduzierbarkeit dieses Modells zu gewährleisten, sind bei der Durchführung dieses Protokolls zwei Punkte zu beachten. Erstens kann nach der Durchtrennung von Muskel-Sehnen-Einheiten das freie Ende der durchtrennten Sehne Gefahr laufen, Verwachsungen zu bilden, was die Sehnenentnahme für nachfolgende Manipulationen erschweren kann. Um dieses Problem zu vermeiden, wurde ein nicht resorbierbarer Silikonschlauch verwendet, um das freie Ende der Muskel-Sehnen-Verbindung nach der Durchtrennung zu umwickeln, um eine spontane Adhäsion an das umgebende Gewebe sowie eine spontane Heilung zu vermeiden (Abbildung 1E). Ferner kann die durchtrennte Muskel-Sehnen-Einheit während eines zweiten Eingriffs (d. h. zur Durchführung einer sicheren Reparatur; Daten nicht gezeigt) eindeutig identifiziert werden, indem das Ende des verletzten Gewebes zum Zeitpunkt der ersten Operation eingewickelt wird. Diese Technik ist wirtschaftlich, effektiv und kann leicht in der Chirurgie implementiert^{werden 43}. Zweitens sind Kaninchen eine hochempfindliche Spezies, die nach einer Operation schädliches Verhalten zeigen kann. Um solche Probleme zu vermeiden, wird dringend empfohlen, auch ein weiches Halsband anzulegen, um unerwünschtes Verhalten zu verhindern, einschließlich Selbstverstümmelung, Lecken von Operationsstellen und Entfernen von Nähten (Abbildung 1I). Im Vergleich zu handelsüblichen E-Halsbändern, die aus starrem Kunststoff bestehen, verursachte das selbst hergestellte weiche Halsband keine Hautverletzungen oder andere Nebenwirkungen, die das Tierwohl oder die Qualität der wissenschaftlichen Forschung beeinträchtigten. Zusammen sind solche Schritte entscheidend, um ein genau reproduzierbares RC-Verletzungsmodell für Kaninchen zu erstellen und die Möglichkeit zu bieten, die regenerativen Reparaturstrategien zu untersuchen.

Um die Pathophysiologie und Heilung von Sehnen in einem Tiermodell zu untersuchen, muss eine eindeutige und reproduzierbare Verletzung erstellt und die Untersuchungszeitpunkte sorgfältig ausgewählt werden. Die überwiegende Mehrheit der Studien zur Sehnenverletzung und -heilung wurde an vollständig durchtrennten tierischen Sehnen durchgeführt⁴⁴, da die Durchtrennung ein einfaches Verfahren ist, das hochgradig reproduzierbar ist und das klinische Szenario adäquat simulieren kann^45,46. Huegel et al. zeigten, dass die Verletzung einer teilweise durchtrennten Sehne weniger schwerwiegend war als die einer vollständig durchtrennten Sehne, und die Ruhigstellung wirkte sich nachteilig auf die Sehnenmechanik aus, einschließlich einer erhöhten Gelenksteifigkeit⁴⁷. Um die Atrophie und FD zu bewerten, die im Rahmen eines massiven RC-Risses beobachtet wird, ist es wichtig, die experimentell beobachteten charakteristischen Zeitpunkte zu definieren. Gupta et al. haben ein RC-Verletzungsmodell beim männlichen Kaninchen validiert und eine Muskelatrophie nach 2 und 6 Wochen beobachtet, mit erhöhtem Fettgehalt zu späteren Zeitpunkten (weniger als 5 % Fettgehalt nach 2 Wochen vs. mehr als 10 % Fettgehalt nach 6 Wochen), was mit dem pathologischen Prozess übereinstimmt, der bei menschlichen RC-Rissen beobachtet wurde¹¹. In dieser Studie wurde durch Durchtrennung der SSC-Muskel-Sehnen-Einheit bei männlichen und weiblichen Kaninchen über 4 Wochen ein massiver RC-Riss erzeugt, der zu einer SSC-Muskel-FD (36,5 % Fettgehalt) führte. Daher ist ein 4-wöchiger Zeitpunkt für die Generierung von SSC-Muskel-FD bei männlichen und weiblichen neuseeländischen weißen Kaninchen angemessen.

Es gibt mehrere Einschränkungen für diese Studie. Dazu gehören: (i) Schritte, die mit der Generierung von Tiermodellen verbunden sind, wie z. B. ein relativ kurzer Zeitpunkt und potenziell entzündliche Materialien (Penrose-Schläuche auf Silikonbasis) für die Erzeugung chronisch ähnlicher Verletzungen; (ii) Charakterisierung und Analyse von Tiermodellen, wie z. B. fehlende Ganganalyse und Elektromyographie zur Beurteilung der Gelenkkinematik und der Erzeugung von Muskelkontraktionskraft; und (iii) Vergleich von Tiermodellen, wie z. B. fehlender Vergleich mit anderen RC-Verletzungsstellen.

In Bezug auf die Modellgenerierung beinhalten menschliche RC-Verletzungen typischerweise eine progressive Atrophie und FD, die über einen Zeitraum von mehreren Jahren auftreten können, was relativ länger ist als der hier beschriebene 4-Wochen-Zeitpunkt. Dies wird als akzeptabel erachtet, da ein Tiermodell, das in relativ kurzer Zeit etwa 36,5 % intramuskuläres Fett erzeugt, logistisch bequem ist und bei Bedarf verlängert werden kann. Darüber hinaus ist die Biokompatibilität von Implantaten auf Silikonbasis, wie z. B. Penrose-Schläuchen, aufgrund von Berichten über zelluläre Immunantworten und Entzündungen seit langem umstritten⁴⁷; Daher kann ein alternatives inertes Material, wie z. B. Polyethylenglykol (PEG), für die Umhüllung der resezierten Sehne ersetzt werden, wenn entzündungsassoziierte RC-Studien durchgeführt werden.

In Bezug auf die Charakterisierung und Analyse von Tiermodellen kann das Fehlen von Ganganalysen⁴⁹ und elektromyographischen Studien⁵⁰ die Ergebnisse der Studie auf qualitative histologische Daten beschränken. Diese Aspekte können in zukünftigen Studien unter Verwendung der Videobewegungsanalyse⁵¹ und der Oberflächenelektromyographie⁵⁰ behandelt werden, um quantitative Daten über die Schulterkinematik und die RC-Muskelleistung zu erzeugen.

Da die SSP- und Infraspinatussehnen bei den Kaninchen auch häufig für RC-Studien verwendet wurden, wird der Vergleich der Verletzungsschwere, einschließlich FD zwischen diesen verschiedenen Verletzungsstellen in der Zukunft, zusätzliche Stellen für die Modelloptimierung identifizieren.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass in dieser Studie ein Protokoll zur Modellierung chronisch-ähnlicher RC-Verletzungen bei männlichen und weiblichen Kaninchen entwickelt wurde. Dieses Modell ist für Untersucher aufgrund seiner Einfachheit (Durchtrennung) und des relativ kurzen Zeitraums zur Induktion der Chronizität (4 Wochen) bei gleichzeitiger Erzeugung eines hohen Grades (36,5 %) intramuskulärer FD geeignet. Daher wird erwartet, dass dieses Protokoll den Forschern bei der Untersuchung der RC-Pathophysiologie hilft und die Entwicklung neuartiger Therapeutika für die Reparatur und Regeneration von Muskelsehnen erleichtert.