文献标题：Effects On Articular Cartilage Mechanical Properties Following A Non-Invasive Anterior Cruciate Ligament Rupture In Rat Model

作者/通讯作者：Jasmine Doan, Sotcheadt Sim, Colleen Mathieu, Alex Pieters, Martin Garon

期刊：Osteoarthritis and Cartilage 年份：2023 

研究领域：创伤后骨关节炎、关节软骨生物力学、前交叉韧带损伤

研究目的 / 科学问题：
创伤后骨关节炎（PTOA）发生于关节物理损伤之后。目前最广泛使用的体内模型是ACL手术横断，但该过程需要切开皮肤和关节囊，是一种侵入性操作，会影响膝关节损伤的天然生物学反应，无法模拟该疾病的正常发展过程。此外，由于PTOA具有进行性致病机制，早期检测至关重要。软骨退变的早期迹象是肿胀，这会导致软骨力学性能降低。因此，本研究旨在：第一，复制非侵入性ACL断裂模型（Maerz-2015）；第二，利用3D压痕映射技术研究韧带损伤对软骨力学性能的早期影响。

实验方法（重点：细胞类型、力学加载方式、设备、检测手段）：
细胞类型：本研究并非细胞实验，而是使用14周龄Lewis大鼠的膝关节组织进行在体实验。
样本来源：五只14周龄Lewis大鼠，饲养于INRS-LNBE动物设施，遵循加拿大动物护理和实验指南。其后肢关节被分配到三个不同组别：对照组（Control）、断裂组（Rupture）和对侧组（Contralateral）。其中一只动物的双侧关节均未受伤，作为对照组（n=2）。其余四只动物接受非侵入性ACL断裂处理，仅右后肢进行ACL断裂（n=4，断裂组），左后肢保持未受伤（n=4，对侧组）。
力学加载方式：受伤当天，麻醉动物右膝弯曲置于下压板上，爪部固定于上压板。后肢先进行预适应，随后施加快速垂直位移（2 mm，8 mm/s）。该快速加载导致胫骨相对远端股骨发生前向半脱位，从而造成ACL失效。
设备：定制夹具和测试系统（Mach-1 v500cs, Biomomentum）用于ACL断裂诱导。软骨力学评估使用机械测试仪（Mach-1 v500css, Biomomentum）进行压痕和厚度映射。
检测手段：动物在伤后4周实施安乐死，收集股骨远端和胫骨平台（n=20，包括10个胫骨平台和10个股骨髁）。为每个表面定义映射网格，根据表面方向进行正常压痕映射（振幅=0.05 mm，速率=0.05 mm/s）。使用球形压头（r=0.5 mm）固定于多轴载荷传感器（17N）测量受力。随后将球形压头替换为针式探头，以相同网格的每个位置向表面移动。通过初始接触力与针尖从较软的软骨过渡到较硬的骨时力突然增加之间的位移来估算软骨厚度。通过将载荷-位移曲线拟合到压痕弹性模型，并结合测量的厚度，获得每个位置的瞬时模量（IM）。

核心结果：
断裂组股骨髁和胫骨平台的内侧-前部区域力学性能显著下降（p=0.006和p=0.005，分别对应）。胫骨平台内侧-前部区域在对侧组中显示瞬时模量显著下降（p=0.002）。对照组与断裂组之间在软骨肿胀和股骨及胫骨膝关节表面内侧前部区域的瞬时模量下降方面存在显著差异。

结论：
非侵入性ACL断裂大鼠模型成功复制了创伤后骨关节炎的早期软骨退变特征，表现为内侧前部区域软骨肿胀和瞬时模量下降。3D压痕映射技术能够有效检测ACL损伤后软骨力学性能的早期变化。

原文文献链接：
https://www.oarsijournal.com/article/S1063-4584(23)00333-3/fulltext