Вплив вмісту жирних кислот у харчуванні на плечовий хрящ і структуру кістки на мишачій моделі

Кафедра ортопедичної хірургії, Вашингтонський університет, Диван Біомедичних досліджень, кімната 3121, Кампус-бокс 8233, Сент-Луїс, Міссурі, 63110

Шрінерські лікарні для дітей - Сент-Луїс, Сент-Луїс, штат Міссурі 63110

Кафедра біомедичної інженерії Вашингтонського університету, Сент-Луїс, штат Міссурі, 63110

Кафедра ортопедичної хірургії, Вашингтонський університет, Диван біомедичних досліджень, кімната 3121, кампус Бокс 8233, Сент-Луїс, штат Міссурі, 63110

Шрінерські лікарні для дітей - Сент-Луїс, Сент-Луїс, штат Міссурі 63110

Кафедра біомедичної інженерії Вашингтонського університету, Сент-Луїс, штат Міссурі, 63110

Листування до: Фаршид Гілак (T: + 314‐362‐7239; електронна пошта: [email protected])

Шрінерські лікарні для дітей - Сент-Луїс, Сент-Луїс, штат Міссурі 63110

Кафедра біомедичної інженерії Вашингтонського університету, Сент-Луїс, штат Міссурі, 63110

Шрінерські лікарні для дітей - Сент-Луїс, Сент-Луїс, штат Міссурі 63110

Кафедра біомедичної інженерії Вашингтонського університету, Сент-Луїс, штат Міссурі, 63110

Листування до: Фаршид Гілак (T: + 314‐362‐7239; електронна пошта: [email protected])

АНОТАЦІЯ

Для більш прямого вивчення механізмів, що пов'язують ожиріння та ОА, розроблені тваринні моделі ожиріння, що використовують або дієту з високим вмістом жиру 10-14, або генетичну абляцію передачі сигналів про лептин (наприклад,., об/об або дб/дб миші). 15 Багаточисельні дослідження показали підвищений ступінь тяжкості спонтанного ОА 15-17 або індукованого травмою ОА 7, 13, 14 у тварин, які харчуються дієтою з високим вмістом жиру, але відсутність спонтанного ОА у мишей із ожирінням та дефіцитом лептину, які харчуються стандартною дієтою чау . 15

Також спостерігається все більше доказів того, що дієтичний склад сам по собі може сприяти індукованому ожирінням ОА. На додаток до калорійності, є все більше доказів того, що склад дієти, зокрема вміст жирних кислот, може суттєво впливати на тяжкість ОА в суглобовій специфіці. 7, 10, 18, 19 Наприклад, дієти з високим вмістом жиру, що складаються в основному з насичених жирних кислот (SFA) або поліненасичених жирних кислот ω ‐ 6 (PUFA), демонструють значно гірший ОА коліна, спричиненого травмою, ніж аналоги, які відповідають вазі. жирна дієта з ω ‐ 3 ПНЖК або звичайна дієта для миші на чау. 10 У цих дослідженнях було виявлено, що дієта з високим вмістом жиру, доповнена ω-3 ПНЖК, захищає коліно від ОА, спричинених травмами, тоді як дієти з високим вмістом жиру, багаті СФА та ω-6 ПНЖК, посилюють дегенерацію хряща та синовіт після травми коліна. Однак не спостерігається значного впливу підвищених харчових ω ‐ 3 ПНЖК на розвиток спонтанного ОА в колінному суглобі. 7, 10, 20

Метою цього дослідження було визначити, чи вміст жирних кислот в їжі впливав на появу спонтанних ОА та змін кісткової структури плеча у мишей із ожирінням, спричинених дієтою. Мишей годували або дієтою з чау-контролем з низьким вмістом жиру, або дієтами з високим вмістом жиру, багатими ω-3 PUFA, ω-6 PUFA або SFA. Ми припустили, що дієта, багата на PUFA ω ‐ 3, матиме захисний ефект на хрящі та кістки плеча. Кістку, хрящ та синовію головки плечової кістки аналізували на зміну, пов’язану з ОА, за допомогою мікро-комп’ютерної томографії (MicroCT) для вивчення мікроструктури кісток, атомно-силової мікроскопії (AFM) для вивчення механічних властивостей мікромасштабу хряща та гістологічної оцінки за оцінити дегенерацію хряща та синовіальне запалення.

МЕТОДИ

Модель тварини

Починаючи з 4-тижневого віку, самців мишей C57BL/6J годували протягом 24 тижнів або контрольною дієтою з низьким вмістом жиру (10% ккал жиру), або однією з трьох дієт з високим вмістом жиру (60% ккал жиру), багатих ω-3 ПНЖК, ω ‐ 6 PUFA або SFA. Ці миші були спочатку розроблені для попереднього дослідження, що досліджувало, як дієтичні жирні кислоти впливають на розвиток ОА коліна, і були повідомлені дані про вміст у їжі, вагу тіла, тяжкість ОА коліна, вимірювання цитокінів та ліпідів у сироватці крові та відповідь на загоєння рани у вусі. 7, 10 Таким чином, в цьому дослідженні не використовувались живі тварини, але всі попередні процедури використання тварин були затверджені Інституційним комітетом з догляду та використання тварин. 7, 10 Усі зразки зберігали при -20 ° C після евтаназії. Перед аналізом зразки розморожували при 4 ° C та ізолювали головки плечової кістки.

Аналіз MicroCT трабекулярної та коркової кісток

Гомілкові головки фіксували в 4% параформальдегіді протягом 24 годин при кімнатній температурі ( = 12–15 для групи дієт). Потім зразки зневоднювали в етанолі та сканували на повітрі за допомогою MicroCT (SkyScan 1176, Bruker, Billerica, MA) з роздільною здатністю 9 мкм/піксель, рентгенівською напругою 55 кВ, струмом 455 мкА, часом витримки 980 мс, 3-кратним середнім значенням кадру, а також промінна фільтрація з алюмінієвим фільтром 0,5 мм. Мінеральну щільність кісток калібрували за допомогою фантомів гідроксиапатиту (Bruker). Трабекулярні ділянки головки плечової кістки визначали як обсяг між субхондральною кістковою пластинкою та проксимальною пластиною росту. Кожну область аналізували за допомогою розширення BoneJ у ImageJ. Обчислювали об'ємну частку трабекулярної кістки (BV/TV), товщину трабекули (Tb.Th) та трабекулярну сепарацію (Tb.Sp). Кісткові ділянки кори аналізували за допомогою автоматизованого програмного пакету CTan (Bruker). Площа поперечного перерізу та товщини кіркової тканини розраховувались з 20 зрізів, розташованих у двох діафізарних областях: 0,5 мм від дистального відділу головки плечової кістки та в дистальному аспекті дельтоподібної горбистості ( = 6–14).