Efectele conținutului de acizi grași dietetici asupra cartilajului humeral și a structurii osoase la un model de șoarece
Departamentul de Chirurgie Ortopedică, Universitatea Washington, Universitatea Couch Biomedical Research, Camera 3121, Campus Box 8233, Saint Louis, Missouri 63110
Spitale Shriners pentru copii - St. Louis, Saint Louis, Missouri 63110
Departamentul de Inginerie Biomedică, Universitatea Washington, Saint Louis, Missouri 63110
Departamentul de Chirurgie Ortopedică, Universitatea Washington, Universitatea Couch Biomedical Research, Camera 3121, Campus Box 8233, Saint Louis, Missouri 63110
Spitale Shriners pentru copii - St. Louis, Saint Louis, Missouri 63110
Departamentul de Chirurgie Ortopedică, Universitatea Washington, Centrul de Cercetări Biomedice Couch, Camera 3121, Campus Box 8233, Saint Louis, Missouri 63110
Spitale Shriners pentru copii - St. Louis, Saint Louis, Missouri 63110
Departamentul de Chirurgie Ortopedică, Universitatea Washington, Universitatea Couch Biomedical Research, Camera 3121, Campus Box 8233, Saint Louis, Missouri 63110
Spitale Shriners pentru copii - St. Louis, Saint Louis, Missouri 63110
Departamentul de Chirurgie Ortopedică, Universitatea Washington, Universitatea Couch Biomedical Research, Camera 3121, Campus Box 8233, Saint Louis, Missouri 63110
Spitale Shriners pentru copii - St. Louis, Saint Louis, Missouri 63110
Departamentul de Inginerie Biomedică, Universitatea Washington, Saint Louis, Missouri 63110
Corespondență cu: Farshid Guilak (T: + 314‐362‐7239; E-mail: [email protected])
Departamentul de Chirurgie Ortopedică, Universitatea Washington, Universitatea Couch Biomedical Research, Camera 3121, Campus Box 8233, Saint Louis, Missouri 63110
Spitale Shriners pentru copii - St. Louis, Saint Louis, Missouri 63110
Departamentul de Inginerie Biomedică, Universitatea Washington, Saint Louis, Missouri 63110
Departamentul de Chirurgie Ortopedică, Universitatea Washington, Universitatea Couch Biomedical Research, Camera 3121, Campus Box 8233, Saint Louis, Missouri 63110
Spitale Shriners pentru copii - St. Louis, Saint Louis, Missouri 63110
Departamentul de Chirurgie Ortopedică, Universitatea Washington, Universitatea Couch Biomedical Research, Camera 3121, Campus Box 8233, Saint Louis, Missouri 63110
Spitale Shriners pentru copii - St. Louis, Saint Louis, Missouri 63110
Departamentul de Chirurgie Ortopedică, Universitatea Washington, Universitatea Couch Biomedical Research, Camera 3121, Campus Box 8233, Saint Louis, Missouri 63110
Spitale Shriners pentru copii - St. Louis, Saint Louis, Missouri 63110
Departamentul de Chirurgie Ortopedică, Universitatea Washington, Universitatea Couch Biomedical Research, Camera 3121, Campus Box 8233, Saint Louis, Missouri 63110
Spitale Shriners pentru copii - St. Louis, Saint Louis, Missouri 63110
Departamentul de Inginerie Biomedică, Universitatea Washington, Saint Louis, Missouri 63110
Corespondență cu: Farshid Guilak (T: + 314‐362‐7239; E-mail: [email protected])
ABSTRACT
Pentru a studia mai direct mecanismele care leagă obezitatea și OA, s-au dezvoltat modele animale de obezitate folosind fie o dietă bogată în grăsimi 10-14, fie ablația genetică a semnalizării leptinei (de ex., ob/ob sau db/db șoareci). 15 Studii multiple au arătat o severitate crescută a OA spontan 15-17 sau OA 7, 13, 14 indusă de leziuni la animalele hrănite cu o dietă bogată în grăsimi, dar lipsa OA spontană la șoarecii obezi cu deficiență de leptină hrăniți cu o dietă standard de chow . 15
Există, de asemenea, dovezi în creștere că compoziția dietetică în sine poate contribui la OA indusă de obezitate. În plus față de conținutul caloric, există dovezi din ce în ce mai mari că compoziția dietei, în special conținutul de acizi grași, poate avea efecte semnificative asupra severității OA într-o manieră specifică articulațiilor. 7, 10, 18, 19 De exemplu, dietele bogate în grăsimi compuse în principal din acizi grași saturați (SFA) sau acids - 6 acizi grași polinesaturați (PUFA) prezintă o OA la genunchi indusă de leziuni considerabil mai slabă decât omologii cu greutate potrivită dietă grasă cu ω - 3 PUFA sau o dietă standard pentru șoareci. 10 Aceste studii au observat că o dietă bogată în grăsimi suplimentată în ω - 3 PUFA protejează genunchiul de OA indusă de leziuni, în timp ce dietele bogate în grăsimi bogate în SFA și ω - 6 PUFA exacerbează degenerarea cartilajului și sinovita după leziuni la genunchi. Cu toate acestea, nu s-a observat niciun efect semnificativ al creșterii FA-3 PUFA dietetice asupra dezvoltării OA spontană în articulația genunchiului. 7, 10, 20
Scopul acestui studiu a fost de a determina dacă conținutul de acizi grași din dietă a influențat apariția modificărilor structurale spontane ale OA și ale oaselor la șoarecii obezi cu conținut ridicat de grăsimi. Șoarecii au fost hrăniți fie cu o dietă chow de control cu conținut scăzut de grăsimi, fie cu diete bogate în grăsimi bogate în ω - 3 PUFA, ω - 6 PUFA sau SFA. Am emis ipoteza că dieta bogată în FA - 3 PUFA ar avea un efect protector asupra cartilajului și a oaselor. Osul, cartilajul și sinoviul capetelor humerale au fost analizate pentru modificări asociate OA folosind tomografia micro-computerizată (MicroCT) pentru a examina microstructura osoasă, microscopia cu forță atomică (AFM) pentru a examina proprietățile mecanice ale cartilajului la scară mică și gradarea histologică la evaluează degenerarea cartilajului și inflamația sinovială.
METODE
Model animal
Începând cu vârsta de 4 săptămâni, șoarecii masculi C57BL/6J au fost hrăniți timp de 24 de săptămâni fie cu o dietă cu conținut scăzut de grăsimi (10% kcal), fie una din cele trei diete bogate în grăsimi (60% kcal) bogate în ω - 3 PUFA, ω - 6 PUFA sau SFA. Acești șoareci au fost inițial dezvoltați pentru un studiu anterior care investiga modul în care acizii grași din dietă afectează dezvoltarea OA a genunchiului și au fost raportate date privind conținutul dietetic, greutățile corporale, severitatea OA a genunchiului, măsurarea citokinelor și lipidelor serice și răspunsul la vindecarea rănilor urechii. 7, 10 Astfel, nu au fost utilizate animale vii în prezentul studiu, dar toate procedurile anterioare de utilizare a animalelor au fost aprobate de Comitetul instituțional de îngrijire și utilizare a animalelor. 7, 10 Toate exemplarele au fost depozitate la -20 ° C după eutanasie. Înainte de analiză, specimenele au fost decongelate la 4 ° C, iar capetele humerale au fost izolate.
Analiza MicroCT a osului trabecular și cortical
Capetele humerale au fost fixate în paraformaldehidă 4% timp de 24 de ore la temperatura camerei ( = 12-15 pe grup de dietă). Eșantioanele au fost apoi deshidratate în etanol și scanate în aer cu MicroCT (SkyScan 1176, Bruker, Billerica, MA) la o rezoluție de 9 µm/pixel, o tensiune de raze X de 55 kV, curent 455 μA, timp de expunere 980 ms, mediu de 3x cadru, și filtrarea fasciculului cu filtru de aluminiu de 0,5 mm. Densitatea minerală osoasă a fost calibrată utilizând fantome de hidroxiapatită (Bruker). Regiunile trabeculare ale capului humeral au fost definite ca volumul dintre placa osoasă subcondrală și placa proximală de creștere. Fiecare regiune a fost analizată folosind extensia BoneJ în ImageJ. S-au calculat fracțiunea volumului osului trabecular (BV/TV), grosimea trabeculară (Tb.Th) și separarea trabeculară (Tb.Sp). Regiunile osoase corticale au fost analizate folosind pachetul software CTan automat (Bruker). Secțiunea transversală a osului cortical și grosimea au fost calculate din 20 de felii situate la două regiuni diafizare: 0,5 mm de aspectul distal al capului humeral și la aspectul distal al tuberozității deltoide ( = 6-14).