JoVE Journal > Medicine
Summary
Abstract
Introduction
Protocol
Results
Discussion
Disclosures
Acknowledgements
Materials
References
Nederlands

Automatically Generated
Please note that all translations are automatically generated. Click here for the English version.
Medicine

Verbetering van artrose bij muizen met behulp van zilveren nanodeeltjes

Published: June 02, 2023
doi:
10.3791/65111
, , , , , , , ,
1Department of Orthopedics,The Third Affiliated Hospital of Sun Yat-sen University

Summary

Hier wordt een protocol gepresenteerd voor het gebruik van zilveren nanodeeltjes om de acute symptomen van type II collagenase-geïnduceerde artrosemuizen effectief te verbeteren, waaronder synoviale ontsteking, synoviale hyperplasie, vasculaire hyperplasie, enz.

Abstract

Artrose van de knie (KOA) is een van de meest voorkomende degeneratieve gewrichtsziekten bij mensen ouder dan 45 jaar. Momenteel zijn er geen effectieve therapieën voor KOA, en de enige eindpuntstrategie is totale knieartroplastiek (TKP); daarom gaat KOA gepaard met economische lasten en maatschappelijke kosten. De immuunontstekingsreactie is betrokken bij het ontstaan en de ontwikkeling van KOA. Eerder hebben we een muismodel van KOA gemaakt met behulp van type II collageen. Hyperplasie van het synoviale weefsel was aanwezig in het model, naast een groot aantal geïnfiltreerde ontstekingscellen. Zilveren nanodeeltjes hebben substantiële ontstekingsremmende effecten en worden veel gebruikt bij tumortherapie en chirurgische medicijnafgifte. Daarom evalueerden we de therapeutische effecten van zilveren nanodeeltjes in een collagenase II-geïnduceerd KOA-model. De experimentele resultaten toonden aan dat zilveren nanodeeltjes synoviale hyperplasie en de infiltratie van neutrofielen in het synoviale weefsel aanzienlijk verminderden. Vandaar dat dit werk de identificatie van een nieuwe strategie voor artrose aantoont en een theoretische basis biedt om de voortgang van KOA te voorkomen.

Introduction

Artrose van de knie (KOA) is een van de meest voorkomende vormen van artrose en omvat een complex ziekteproces in het gehele synoviale gewricht. Terwijl de wereldbevolking geleidelijk vergrijst, neemt de incidentie van KOA aanzienlijk toe. Aanhoudende pijn in het kniegewricht zet patiënten met KOA er vaak toe aan om medische hulp te zoeken. De etiologie van de pijn bij KOA kan verband houden met de ontstekingsreactie, synoviale hyperplasie en kraakbeendegeneratie2. De synoviumweefsels zijn samengesteld uit twee soorten cellen: synoviale fibroblasten en macrofagen 3,4,5. Synoviale fibroblasten produceren synoviale vloeistof. Synoviale macrofagen zijn normaal gesproken slapend en worden geactiveerd door de ontstekingsreactie. Initiële ontsteking van het synovium veroorzaakt pijn in het kniegewricht6.

De inflammatoire immuunrespons van synoviumweefsel speelt een cruciale rol in de pathogenese van KOA. Eerdere studies hebben bevestigd dat er ontstekingsreacties zijn in de synoviumweefsels in KOA, bekend als synovitis, en de mate van synovitis van KOA hangt nauw samen met de infiltratie van ontstekingscellen in de synoviumweefsels 7,8,9. Synovitis is een ontstekingsreactie van het synovium en de pathologische kenmerken ervan zijn de proliferatie van synoviale cellen, de vorming van nieuwe bloedvaten en de infiltratie van ontstekingscellen 5,10,11.

Het doel van de KOA-behandeling is om de ontstekingsreactie van het synovium te verlichten en de progressie van de ziekte te vertragen. Momenteel zijn de belangrijkste klinische geneesmiddelen voor de behandeling van KOA niet-steroïde anti-inflammatoire geneesmiddelen (NSAID’s); Ze vertonen echter significante bijwerkingen, zoals nefrotoxiciteit12,13. Intra-articulaire glucocorticoïde-injecties zijn een andere optie voor de behandeling van KOA; Het glucocorticoïde verspreidt zich echter snel en kan snel worden gemetaboliseerd door de gewrichtseffusie. Ondertussen moeten diabetespatiënten met onderliggende hyperglykemie voorzichtig zijn met lopende steroïde-injecties14. Samenvattend is er geen geneesmiddeltherapeutische strategie beschikbaar voor KOA. Daarom is de verkenning van nieuwe geneesmiddelen voor de behandeling van KOA uiterst urgent.

De grootte van zilveren nanodeeltjes is minder dan 100 nm. Vanwege hun prominente ontstekingsremmende, antibacteriële en antioxiderende effecten worden ze op grote schaal gebruikt in verschillende aspecten van de gezondheidszorg en de geneeskunde, zoals wondgenezing en brandwonden15,16. Ze worden ook gebruikt bij gerichte medicijnafgifte, medische beeldvorming en moleculairediagnose17. Zilver (Ag) heeft een grotere ontstekingsremmende en antibacteriële werking dan andere metalen nanodeeltjes, zoals koper (Cu), zink (Zn) en ijzer (Fe)15. Zilveren nanodeeltjes, een nieuw type nanomateriaal, hebben breedspectrum en krachtige antimicrobiële eigenschappen. Een eerdere studie wees uit dat in brandwonden- en peritonitismuismodellen18,19 zilveren nanodeeltjes de productie van ontstekingsfactoren effectief konden remmen en wondgenezing konden bevorderen. Een eerdere studie toonde ook aan dat zilveren nanodeeltjes de genezing van diabetische wonden verbeterden door de synthese van groeifactoren en collageenafzetting tebevorderen20.

Op basis van de ontstekingsremmende effecten van zilveren nanodeeltjes, wilden we zilveren nanodeeltjes gebruiken om type II collageen-geïnduceerde KOA bij muizen te behandelen. De resultaten suggereerden dat het aantal inflammatoire infiltratiecellen van het synoviale gewricht bij muizen significant werd verminderd met deze behandeling. De resultaten suggereerden ook dat zilveren nanodeeltjes de symptomen van KOA bij muizen aanzienlijk zouden kunnen verlichten. Daarom kan de toepassing van zilveren nanodeeltjes de ontwikkeling van nieuwe behandelingsopties voor klinische KOA ondersteunen.

Protocol

Al het dierwerk is goedgekeurd door het Animal Ethical and Welfare Committee (AEWC) van het Guangzhou Forevergen Medical Laboratory Animal Center (2018-0186). 1. Totstandkoming van het KOA-muismodel Houd BALB/c-muizen (18-24 g; 12-14 weken oud) in een omgeving met een luchtvochtigheid van 70% en bij 26 °C met een licht/donkercyclus van 12 uur. Voor dit experiment werden de dieren gehouden in het Guangzhou Forevergen Medical Laboratory Animal Center. Gebruik collageen type II om een KOA-muismodel op te stellen zoals eerder beschreven21. Voer de intra-articulaire injectie uit zoals hieronder beschreven.Breng 2% natriumpentobarbital (40 mg/kg) aan voor anesthesie en buprenorfine (0,05 mg/kg, subcutane injectie) voor analgesie. Fixeer vervolgens de muizenledematen met de tape, verwijder het haar met het scheermes en desinfecteer driemaal met een afwisselende scrub van 0,1% jodofoor en alcohol. Draag steriele handschoenen en gebruik een steriele schaar om achtereenvolgens de huid, het onderhuidse weefsel en het infrapatellaire ligament bloot te leggen. Houd het incisiegebied onder de 0,5 cm.OPMERKING: Er werd een verwarmingsdeken gebruikt om de lichaamstemperatuur van de muizen tijdens de operatie op peil te houden. Gebruik een insulinespuit van 1 ml om 10 U collagenase type II van 30 mg/kg (0,4 mg/ml) type II collagenase in de gewrichtsholte (onder het infrapatellaire ligament) te injecteren22.NOTITIE: De hoek tussen de naald en de huid moet ongeveer 15° zijn; Vervolgens moet de richting van de naald worden gewijzigd en moet de naald helemaal worden teruggetrokken. Hecht na de injectie eerst het onderhuidse weefsel en daarna de huid. Steriliseer het hechtgebied met 0,1% jodofoor . Plaats de muizen apart in de individueel geventileerde kooien (IVC’s) nadat ze wakker zijn geworden uit de anesthesie. 2. Synthese van zilveren nanodeeltjes OPMERKING: De bereiding van zilveren nanodeeltjes is eerder in detail beschreven19. Het hele formuleringsproces wordt uitgevoerd op ijs. Na bereiding wordt het mengsel bewaard bij 4 °C; Anders stolt het mengsel gemakkelijk bij kamertemperatuur. Voeg in totaal 400 μL collageen type I (4 mg/ml) toe aan een microcentrifugebuisje van 1,5 ml en plaats het op ijs. Voeg in totaal 200 μL fosfaatgebufferde zoutoplossing (PBS) toe aan het bovenstaande collageen, meng de oplossing goed en leg deze op ijs. Voeg tot slot 400 μL zilveren nanodeeltjes toe aan bovenstaande oplossing, en meng vervolgens voldoende. De uiteindelijke concentratie van de nanodeeltjesoplossing is 1 mM.OPMERKING: De gemiddelde diameter van de zilveren nanodeeltjes varieert van 5 nm tot 15 nm23. Dit werd bevestigd door elektronenmicroscopie. 3. Behandeling met zilvernanodeeltjes van type II collagenase-geïnduceerde KOA-muizen Haal de type II collagenase-geïnduceerde KOA-muizen 1 week later uit hun kooien en injecteer ze met zilveren nanodeeltjes. Injecteer de zilveren nanodeeltjes één keer per week en verzamel de monsters 30 dagen later. Injecteer in totaal 2% natriumpentobarbital (dosis: 2 ml/kg) voor anesthesie via een intraperitoneale injectie en fixeer, bereid de huid voor en steriliseer zoals beschreven in stap 1.2. Draag steriele handschoenen en gebruik een steriele schaar om achtereenvolgens de huid, het onderhuidse weefsel en de kniebanden bloot te leggen. Gebruik een insulinespuit van 1 ml en ga met de naald in een hoek van 15° de gewrichtsholte in. Injecteer langzaam ongeveer 20 μL van het collageenmengsel van zilveren nanodeeltjes en trek de naaldlangzaam terug 24. Hecht het onderhuidse weefsel en de huid om de beurt en steriliseer. Plaats de muizen apart in individueel beademde kooien (IVC) nadat ze wakker zijn geworden uit de anesthesie. Voer deze injectie van het collageenmengsel van zilvernanodeeltjes (20 μL) vier keer uit met een frequentie van één keer per week.OPMERKING: De muizen die met het collageenmengsel van zilveren nanodeeltjes worden behandeld, moeten in individuele kooien worden gehouden. Muizengevechten kunnen optreden wanneer ze samen worden gehouden, en dit zou de experimentele resultaten beïnvloeden. Tijdens de injectie zal er een gevoel van spanning zijn wanneer de naald de gewrichtsholte bereikt en er treedt zwelling op in het kniegewricht na de injectie. De combinatie van deze twee methoden stelt de onderzoeker in staat om ervoor te zorgen dat het medicijn met succes in het kniegewricht is geïnjecteerd. 4. Verzameling van het kniegewricht en synoviaal weefsel Offer de muizen met kooldioxide-verstikking of een ander protocol dat is goedgekeurd door de relevante dierethische commissie. Steriliseer en ontleed de huid en het onderhuidse weefsel achtereenvolgens en leg het kniegewricht volledig bloot. Oogst de kniegewrichten, inclusief het dijbeen en het scheenbeen, en verwijder de spierweefsels. Verzamel de weefsels van het kniegewricht, inclusief het dijbeen, het scheenbeen en de omliggende zachte weefsels (ligament en capsula), in 10% formaline voor behoud en fixatie. 5. Hematoxyline-eosine-kleuring Na een nacht fixatie, paraffine inbedden van de secties en een microtoom gebruiken om het in paraffine ingebedde weefsel in een dikte van 0,4 μm te snijden. Gebruik de voorbereide secties voor verdere kleuring (hematoxyline-eosinekleuring, Safranin O/Fast Green en immunohistochemische (IHC) kleuring). Deparaffiniseer de secties twee keer met xyleen, laat ze achtereenvolgens gedurende 5 minuten weken in 100%, 95%, 80% en 70% ethanol en rehydrateer. Kleur de secties gedurende 5 minuten met hematoxyline (0,1 g/100 ml) en plaats ze vervolgens direct in 1% HCl gedurende 10 s en eosine (0,5 g/100 ml) gedurende 1 minuut. Observeer de histopathologische veranderingen van het synovium onder een microscoop. 6. Safranin O/Snel Groen Veranker het weefsel in paraffine en bereid de histologische coupes voor zoals beschreven in stap 5.1. Deparaffiniseer de secties twee keer met xyleen en rehydrateer ze met een ethanolreeks (zoals 100%, 95%, 80% en 70% ethanol in gedestilleerd water, elk gedurende 5 minuten). Kleur de voorbereide secties met de hematoxyline en was ze drie keer met PBS gedurende elk 2 minuten. Onderscheid de secties met zoutzuuralcohol en was ze driemaal gedurende 2 minuten met PBS. Dompel de secties gedurende 5-10 minuten onder in 0,02% Fast Green-kleuroplossing, gevolgd door 0,1% Safranine O-kleuring gedurende 1-2 minuten. Onderscheid de secties met 1% azijnzuur, gevolgd door PBS-wassen. Detecteer en analyseer de vorming van fibrokraakbeen in de secties. 7. Immunohistochemische (IHC) kleuring Het weefsel ingebed in paraffine en de histologische coupes voorbereiden zoals beschreven in stap 5.1. Deparaffiniseer de secties twee keer met xyleen en rehydrateer ze met een ethanolreeks (zoals 100%, 95%, 80% en 70% ethanol in gedestilleerd water, elk gedurende 5 minuten). Dompel de secties onder in Tris-EDTA-buffer (10 mM Tris-basis, 1 mM EDTA-oplossing; pH 9,0) en verwarm ze gedurende 10 minuten in een magnetron op 95 °C om antigeen op te halen. Stel de secties gedurende 10 minuten bloot aan 3% waterstofperoxide-oplossing om endogene peroxidase te verwijderen. Behandel de secties met 5% geitenserum om niet-specifieke binding te blokkeren. Voeg de verdunde primaire antilichamen (1:1.000 verdunning) tegen CD177 toe en incubeer een nacht bij 4°C. Was de secties vervolgens drie keer met PBS. Week de secties met PBS en incubeer de secties met het juiste secundaire antilichaam (HRP-geconjugeerd polymeer anti-konijnensysteem) gedurende 30 minuten bij kamertemperatuur. Voer de visualisatie van IHC-kleuring uit door 3,3′-diaminobenzidine (DAB) als chromogeen te gebruiken. Bekijk de secties onder een microscoop en analyseer de verkregen beelden.

Representative Results

Het KOA-muismodel werd geïnduceerd met behulp van type II collagenase. Vanaf 1 week na de inductie van het model werd het bereide collageenmengsel van zilvernanodeeltjes gedurende 4 weken eenmaal per week in de gewrichtsholte geïnjecteerd (Figuur 1). De gewichten van de muizen in elke groep werden dagelijks geobserveerd en geregistreerd. De resultaten toonden aan dat het gemiddelde lichaamsgewicht van de KOA-muizen significant lager was dan dat van de muizen in de normale controlegroep. Het gemiddelde lichaamsgewicht van de muizen in de type II collagenase + AgNP’s groep was echter hoger in vergelijking met de KOA-muizen, hoewel dit verschil niet statistisch significant was (Figuur 2). Na 30 dagen werden de synoviale weefsels van de kniegewrichten bij de muizen verzameld en onderworpen aan pathologisch onderzoek. De hyperplasie, vasculaire proliferatie, inflammatoire infiltratie van het synovium en kraakbeenschade werden geanalyseerd 5,10,11. De resultaten toonden aan dat de synoviale dikte van de muizen in de KOA-groep significant hoger was in vergelijking met de normale controlegroep. In de groep die werd behandeld met het collageenmengsel van zilvernanodeeltjes, was de dikte van het synoviale membraan verminderd in vergelijking met de KOA-groep (Figuur 3). Er was vasculaire hyperplasie in het synovium van de KOA-muizen in vergelijking met de normale controlegroep, en vasculaire hyperplasie was significant verminderd in het synovium van muizen die werden behandeld met het collageenmengsel van zilvernanodeeltjes (Figuur 4). De resultaten van de Safranine-O-kleuring toonden aan dat de kraakbeenmatrix van KOA-muizen werd vernietigd, terwijl de muizen die werden behandeld met het collageenmengsel van zilveren nanodeeltjes een significant betere kraakbeenmatrix vertoonden (Figuur 5). De morfologische kenmerkscores in elke groep werden beoordeeld zoals eerder beschreven22. De resultaten waren als volgt: 0 ± 0 voor de zoutoplossinggroep, 7 ± 0,63 voor de type II collageengroep en 4,2 ± 1,17 voor de type II collagenase + AgNPs-groep (Figuur 6). CD177 is een belangrijke neutrofielenmarker25. CD177 komt onder normale omstandigheden tot expressie in 40%-60% van de neutrofielen. De expressie van CD177 in neutrofielen neemt echter aanzienlijk toe tijdens acute ontsteking. De resultaten van de IHC-kleuring toonden aan dat de geïnfiltreerde neutrofielen in het synoviale gebied significant verminderd waren in de groep die werd behandeld met AgNP’s in vergelijking met de KOA-groep (Figuur 7), wat suggereert dat behandeling met AgNP’s de symptomen van KOA zou kunnen verbeteren. Figuur 1: Injectieplaats. (A) Representatieve beelden van de collagenase-injectie type II. (B) Representatieve beelden na de collagenase-injectie type II. (C) Representatieve beelden van de injectie van het collageenmengsel van zilveren nanodeeltjes in het KOA-muismodel. (D) Representatieve beelden na injectie van het collageenmengsel met zilveren nanodeeltjes in de muizen van het KOA-model. De rode stippellijn geeft de lijn weer die evenwijdig is aan de kniebanden van de muis. De zwarte pijl geeft de hoek weer tussen de naald van de insulinespuit en de huid. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken. Figuur 2: Veranderingen in lichaamsgewicht van de muizen in elke groep. Dit paneel toont het gemiddelde gewicht van de muizen in elke groep op verschillende tijdstippen; de x-as geeft het aantal dagen na de injectie van type II collagenase aan en de y-as geeft de vouwverandering in lichaamsgewicht aan. Zoute groep (n = 7), type II collagenasegroep (n = 5), type II collagenase + AgNPs-groep (n = 5). *P < 0,05. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken. Figuur 3: Hematoxyline-eosine (H&E) kleuring die synoviale hyperplasie vertegenwoordigt. De synoviale weefsels in elke groep muizen werden 30 dagen na de operatie verzameld, gefixeerd, doorgesneden en gekleurd met H&E. De dubbele pijlen geven de gedetecteerde synoviale dikte weer. Schaalbalk = 0,1 mm. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken. Figuur 4: Representatief beeld van perisynoviale vasculaire hyperplasie. De pijlen geven de schepen aan. Schaalbalk = 0,05 mm. Klik hier om een grotere versie van deze afbeelding te bekijken. Figuur 5: Safranine-O kleuring van het kniegewricht in elke groep muizen. Schaalbalk = 0,2 mm. Klik hier om een grotere versie van deze afbeelding te bekijken. Figuur 6: Morfologische kenmerkscores in elke groep. Het synoviale weefsel werd gebruikt om de morfologische kenmerkscore voor de muizen in elke groep te meten. Vijf weefselsecties in elke groep werden geselecteerd om de mate van hyperplasie/vergroting van de synoviale bekledingscellaag, de mate van neutrofiele infiltratie in het synoviale weefsel en de mate van activering van het synoviale stroma te analyseren (tabel 1). De gemiddelde waarde werd gebruikt als eindscore. **p < 0,01 en ***p < 0,001 met een Student's t-toets voor elk cohort in vergelijking met de onbehandelde KOA-groep. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken. Figuur 7: Immunohistochemische kleuring voor een neutrofiele merker in het synoviale weefsel in elke groep muizen. Immunohistochemische kleuring werd gebruikt om de expressie van de neutrofielenmarker CD177 in het synoviale weefsel van de muizen in elke groep te detecteren. De pijlen geven neutrofielen aan. Schaalbalk = 100 μm. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken. Tabel 1: Scoren van morfologische kenmerken. Klik hier om deze tabel te downloaden.

Discussion

Zilveren nanodeeltjes vertonen ontstekingsremmende, antibacteriële, antioxiderende en immunomodulerende effecten, wat betekent dat ze cellen en weefsels kunnen beschermen tegen schade door de productie van reactieve zuurstofsoorten te verminderen. Sommige onderzoekers maken zich zorgen over de toxiciteit van zilveren nanodeeltjes27. De toxiciteit van zilveren nanodeeltjes is direct gerelateerd aan de aanwezigheid van vrije zilverionen. Vanwege de nanoschaalgrootte van zilveren nanodeeltjes kunnen ze gemakkelijk interfereren met biomoleculen, cellen en menselijke organen 15,28,29. Verschillende studies hebben gemeld dat zilveren nanodeeltjes oxidatieve stress kunnen veroorzaken en de mitochondriale functie in menselijke cellen kunnen aantasten30. Bovendien kan Ag worden gedetecteerd in menselijke organen, vooral in de lever en milt, na het gebruik van grote hoeveelheden zilveren nanodeeltjes. Onderzoekers hebben ook gemeld dat zilveren nanodeeltjes het vermogen hebben om de bloed-hersenbarrière te passeren via transsynaptisch transport en zich op te hopen in de hersenen. Een systematisch rapport van de biotoxiciteit van zilveren nanodeeltjes is niet uitgevoerd, hoewel sommige onderzoekers de veiligheid van zilveren nanodeeltjes erkennen32.

In deze studie hebben we een collageenmengsel van zilvernanodeeltjes bereid. De duurperiode van zilveren nanodeeltjes in menselijke weefsels is inderdaad kort, maar de duurperiode van zilveren nanodeeltjes kan worden verlengd wanneer ze worden aangebracht met een collageenmengsel; Dit vermindert niet alleen het trauma, maar ook de dosis van de medicijnen. Gezien de toxiciteit van zilveren nanodeeltjes, was de dosis zilveren nanodeeltjes die in deze studie werd toegepast 30 mg/kg, in lijn met eerder onderzoek33.

Enkele essentiële overwegingen van de experimentele operatie zijn de volgende. Type II collagenase moet na bereiding bij -20 °C worden bewaard om afbraak als gevolg van enzymatische splitsing te voorkomen. De bereiding van het collageenmengsel van zilvernanodeeltjes moet continu bij kamertemperatuur op het ijs worden uitgevoerd, omdat het collageenmengsel van zilvernanodeeltjes snel een halfvaste gel wordt en vervolgens niet voor injectie kan worden gebruikt. De oplossing moet na bereiding bij 4 °C worden bewaard. Voor intra-articulaire toediening moet een insulinespuit van 1 ml met een kleinere naald worden gekozen, en dit zou het lekken van de geïnjecteerde geneesmiddelen effectief kunnen voorkomen. De naald moet onder een hoek van 15° worden ingebracht om het collageenmengsel van zilvernanodeeltjes te injecteren. Wanneer de naald niet-resistent is, geeft dit aan dat de naald de holte van het kniegewricht heeft bereikt. Na het injecteren moet de hoek van de injectie worden gewijzigd en moet de naald langzaam worden teruggetrokken om lekkage van het geïnjecteerde geneesmiddel te voorkomen.

In deze studie verbeterden zilveren nanodeeltjes effectief de symptomen van type II collagenase-geïnduceerde KOA bij muizen, wat het ontstekingsremmende effect van zilveren nanodeeltjes aantoont. Verschillende onderzoeken hebben de aanwezigheid van apoptose gemeld in cellen die in vitro zijn geïncubeerd met zilveren nanodeeltjes 34,35,36. De vermindering van synoviale hyperplasie kan zijn veroorzaakt door de zilveren nanodeeltjes vanwege hun betrokkenheid bij de verslechtering van de mitochondriale functie, of deze uitkomsten kunnen zijn gemedieerd door reactieve zuurstofsoorten. Vasculaire hyperplasie werd waargenomen in het synovium van muizen in de KOA-modelgroep. Het was mogelijk dat chemokinen tijdens dit proces neutrofielen van de bloedvaten naar het synoviale weefsel dreven en dat de uitbarsting van ontsteking ervoor zorgde dat de cellen meer zuurstof verbruikten, wat leidde tot vasculaire hyperplasie. Daarom zijn verdere experimenten nodig om de betrouwbaarheid van deze hypothese te bewijzen. Deze studie biedt theoretische voordelen voor onderzoek naar de behandeling van klinische KOA. In toekomstige studies willen we de voorste kruisband (ACL) methode combineren met de chemisch geïnduceerde KOA-modelmethode om het effect van zilveren nanodeeltjes te observeren. De experimentele resultaten tonen aan dat zilveren nanodeeltjes de infiltratie van ontstekingscellen in het synovium in KOA-muizen aanzienlijk kunnen verminderen, maar de mechanismen van dit effect moeten nog verder worden bestudeerd, wat de pathogenese van KOA zou kunnen ontrafelen.

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Dit werk werd gefinancierd door de Natural Science Foundation van de provincie Guangdong (nummer: 2019A1515010209) en het Science and Technology Project van Guangzhou City, China (nummer: 202102010164).

Materials

1 mL insulin syringe BD 305932 None
CD177 Polyclonal Antibody ThermoFisher Scientific PA5-98759 None
Chloral hydrate Sigma-Aldrich 302-17-0 None
DAB MCE HY-15912 None
Eosin Beyotime Biotechnology C0109 None
Formalin Sigma-Aldrich HT501128 None
Hematoxylin Beyotime Biotechnology C0107 None
Light Microscopy Leica DM500 None
Silver nanoparticle Wolcacvi  S-10-20 Store product in the dark at 4°C
Safranine O-Fast Green FCF Cartilage Stain Kit Solarbio 90-15-3 None
Type II collagen Sigma-Aldrich C6885-500mg None
DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Kuyinu, E. L., Narayanan, G., Nair, L. S., Laurencin, C. T. Animal models of osteoarthritis: Classification, update, and measurement of outcomes. Journal of Orthopaedic Surgery and Research. 11, 19 (2016).
  2. Kraus, V. B., Blanco, F. J., Englund, M., Karsdal, M. A., Lohmander, L. S. Call for standardized definitions of osteoarthritis and risk stratification for clinical trials and clinical use. Osteoarthritis and Cartilage. 23 (8), 1233-1241 (2015).
  3. Smith, M. D. The normal synovium. Open Rheumatology Journal. 5, 100-106 (2011).
  4. de Sousa, E. B., Casado, P. L., Moura, N. V., Duarte, M. E., Aguiar, D. P. Synovial fluid and synovial membrane mesenchymal stem cells: Latest discoveries and therapeutic perspectives. Stem Cell Research and Therapy. 5 (5), 112 (2014).
  5. Scanzello, C. R., Goldring, S. R. The role of synovitis in osteoarthritis pathogenesis. Bone. 51 (2), 249-257 (2012).
  6. Glyn-Jones, S., et al. Osteoarthritis. Lancet. 386 (9991), 376-387 (2015).
  7. Roemer, F. W., et al. Presence of MRI-detected joint effusion and synovitis increases the risk of cartilage loss in knees without osteoarthritis at 30-month follow-up: The MOST study. Annals of Rheumatic Diseases. 70 (10), 1804-1809 (2011).
  8. Furman, B. D., et al. Articular ankle fracture results in increased synovitis, synovial macrophage infiltration, and synovial fluid concentrations of inflammatory cytokines and chemokines. Arthritis and Rheumatology. 67 (5), 1234-1239 (2015).
  9. Ayral, X., Pickering, E. H., Woodworth, T. G., Mackillop, N., Dougados, M. Synovitis: A potential predictive factor of structural progression of medial tibiofemoral knee osteoarthritis — Results of a 1 year longitudinal arthroscopic study in 422 patients. Osteoarthritis and Cartilage. 13 (5), 361-367 (2005).
  10. Henrotin, Y., Lambert, C., Richette, P. Importance of synovitis in osteoarthritis: Evidence for the use of glycosaminoglycans against synovial inflammation. Seminars in Arthritis and Rheumatism. 43 (5), 579-587 (2014).
  11. Liu-Bryan, R. Synovium and the innate inflammatory network in osteoarthritis progression. Current Rheumatology Reports. 15 (5), 323 (2013).
  12. Towheed, T., Shea, B., Wells, G., Hochberg, M. Analgesia and non-aspirin, non-steroidal anti-inflammatory drugs for osteoarthritis of the hip. Cochrane Database of Systematic Reviews. (2), (2000).
  13. Co, C. M., et al. Click chemistry-based pre-targeting cell delivery for cartilage regeneration. Regenerative Biomaterials. 8 (3), (2021).
  14. Oo, W. M., Liu, X., Hunter, D. J. Pharmacodynamics, efficacy, safety and administration of intra-articular therapies for knee osteoarthritis. Expert Opinion on Drug Metabolism and Toxicology. 15 (12), 1021-1032 (2019).
  15. Morozova, O. V. Silver nanostructures: Limited sensitivity of detection, toxicity and anti-inflammation effects. International Journal of Molecular Sciences. 22 (18), 9928 (2021).
  16. He, M., et al. A pH-responsive mesoporous silica nanoparticles-based drug delivery system with controlled release of andrographolide for OA treatment. Regenerative Biomaterials. 8 (4), (2021).
  17. Samuel, M. S., Jose, S., Selvarajan, E., Mathimani, T., Pugazhendhi, A. Biosynthesized silver nanoparticles using Bacillus amyloliquefaciens; Application for cytotoxicity effect on A549 cell line and photocatalytic degradation of p-nitrophenol. Journal of Photochemistry and Photobiology B. 202, 111642 (2020).
  18. Liu, X., et al. Silver nanoparticles mediate differential responses in keratinocytes and fibroblasts during skin wound healing. ChemMedChem. 5 (3), 468-475 (2010).
  19. Tian, J., et al. Topical delivery of silver nanoparticles promotes wound healing. ChemMedChem. 2 (1), 129-136 (2007).
  20. Vendidandala, N. R., et al. Gallocatechin-silver nanoparticle impregnated cotton gauze patches enhance wound healing in diabetic rats by suppressing oxidative stress and inflammation via modulating the Nrf2/HO-1 and TLR4/NF-kappaB pathways. Life Sciences. 286, 120019 (2021).
  21. Kikuchi, T., Sakuta, T., Yamaguchi, T. Intra-articular injection of collagenase induces experimental osteoarthritis in mature rabbits. Osteoarthritis and Cartilage. 6 (3), 177-186 (1998).
  22. Lorenz, J., Grässel, S. Experimental osteoarthritis models in mice. Methods in Molecular Biology. 1194, 401-419 (2014).
  23. Zhao, Z., et al. Design and synthesis of Ag NPs/chitosan-starch nano-biocomposite as a modern anti-human malignant melanoma drug. International Journal of Biological Macromolecules. 236, 123823 (2023).
  24. Ahmed, E., et al. Decellularized extracellular matrix-rich hydrogel-silver nanoparticle mixture as a potential treatment for acute liver failure model. Journal of Biomedical Materials Research Part A. 108 (12), 2351-2367 (2020).
  25. Bai, M., et al. CD177 modulates human neutrophil migration through activation-mediated integrin and chemoreceptor regulation. Blood. 130 (19), 2092-2100 (2017).
  26. Singh, D., Chaudhary, D., Kumar, V., Verma, A. Amelioration of diethylnitrosamine (DEN) induced renal oxidative stress and inflammation by Carissa carandas embedded silver nanoparticles in rodents. Toxicology Reports. 8, 636-645 (2021).
  27. Singh, N., et al. NanoGenotoxicology: The DNA damaging potential of engineered nanomaterials. Biomaterials. 30 (23-24), 3891-3914 (2009).
  28. Noronha, V. T., et al. Silver nanoparticles in dentistry. Dental Materials. 33 (10), 1110-1126 (2017).
  29. Ahamed, M., Alsalhi, M. S., Siddiqui, M. K. Silver nanoparticle applications and human health. Clinica Chimica Acta. 411 (23-24), 1841-1848 (2010).
  30. Palacios-Hernandez, T., et al. cellular uptake and apoptotic responses in human coronary artery endothelial cells exposed to ultrasmall superparamagnetic iron oxide nanoparticles. Journal of Applied Toxicology. 40 (7), 918-930 (2020).
  31. Lebda, M. A., et al. Potential role of alpha-lipoic acid and Ginkgo biloba against silver nanoparticles-induced neuronal apoptosis and blood-brain barrier impairments in rats. Life Sciences. 212, 251-260 (2018).
  32. Yin, I. X., et al. The antibacterial mechanism of silver nanoparticles and its application in dentistry. International Journal of Nanomedicine. 15, 2555-2562 (2020).
  33. Kim, Y. S., et al. Subchronic oral toxicity of silver nanoparticles. Particle and Fibre Toxicology. 7, 20 (2010).
  34. Pascarelli, N. A., et al. Effects of gold and silver nanoparticles in cultured human osteoarthritic chondrocytes. Journal of Applied Toxicology. 33 (12), 1506-1513 (2013).
  35. Braydich-Stolle, L. K., et al. Silver nanoparticles disrupt GDNF/Fyn kinase signaling in spermatogonial stem cells. Toxicological Sciences. 116 (2), 577-589 (2010).
  36. Eom, H. J., Choi, J. p38 MAPK activation, DNA damage, cell cycle arrest and apoptosis as mechanisms of toxicity of silver nanoparticles in Jurkat T cells. Environmental Science and Technology. 44 (21), 8337-8342 (2010).

Tags

Silver NanoparticlesOsteoarthritisKnee JointCollagenaseType 1 CollagenSurgical ProcedureAnimal ExperimentationJoint InjectionInflammation

Play Video
PDF
DOI
DOWNLOAD MATERIALS LIST
Cite This Article
Sang, Y., Zhang, J., Liu, C., Liu, K., Yao, H., Zhao, H., Xu, W., Xu, Y., Hou, G. Ameliorating Osteoarthritis in Mice Using Silver Nanoparticles. J. Vis. Exp. (196), e65111, doi:10.3791/65111 (2023).
Download Citation
Reprints and Permissions

View Video

✖

To prove you're not a robot, please enter the text in the image below

CAPTCHA Image
Play CAPTCHA Audio
Refresh Image