Effects of immobilization and remobilization on the ankle joint in Wistar rats

A sprained ankle is a common musculoskeletal sports injury and it is often treated by immobilization of the joint. Despite the beneficial effects of this therapeutic measure, the high prevalence of residual symptoms affects the quality of life, and remobilization of the joint can reverse this situation. The aim of this study was to analyze the effects of immobilization and remobilization on the ankle joint of Wistar rats. Eighteen male rats had their right hindlimb immobilized for 15 days, and were divided into the following groups: G1, immobilized; G2, remobilized freely for 14 days; and G3, remobilized by swimming and jumping in water for 14 days, performed on alternate days, with progression of time and a series of exercises. The contralateral limb was the control. After the experimental period, the ankle joints were processed for microscopic analysis. Histomorphometry did not show any significant differences between the control and immobilized/remobilized groups and members, in terms of number of chondrocytes and thickness of the articular cartilage of the tibia and talus. Morphological analysis of animals from G1 showed significant degenerative lesions in the talus, such as exposure of the subchondral bone, flocculation, and cracks between the anterior and mid-regions of the articular cartilage and the synovial membrane. Remobilization by therapeutic exercise in water led to recovery in the articular cartilage and synovial membrane of the ankle joint when compared with free remobilization, and it was shown to be an effective therapeutic measure in the recovery of the ankle joint.

Endothelin-1 in osteoarthritic chondrocytes triggers nitric oxide production and upregulates collagenase production

Affiliation: Florina Moldovan: Faculté de médecine dentaire, Université de Montréal & CHU Hôpital Sainte-Justine, Université de Montréal. Christina Alexandra Manacu, Marjolaine Roy-Beaudry, Fazool Shipkolye : CHU Hôpital Sainte-Justine, Université de Montréal. Johanne Martel-Pelletier & Jean-Pierre Pelletier : CHUM Hôpital Notre-Dame, Université de Montréal.

Cloning and Characterisation of the human gene gremlin promoter

L’ostéoarthrose (OA) est une maladie articulaire invalidante caractérisée par la perte de l’intégrité du cartilage articulaire. Les recherches tentent de comprendre les mécanismes moléculaires de la maladie afin de trouver des inhibiteurs efficaces pouvant prévenir la dégradation du cartilage articulaire. Les BMPs (bone morphogenic proteins) jouent un rôle dans le processus pathophysiologique de cette maladie. Cette étude cible le rôle d’un antagoniste des BMPs, le gremlin. Nous avons étudié la régulation de l’expression de gremlin par le clonage et la caractérisation de son promoteur et en déterminant si gremlin pouvait jouer un rôle autre qu’antagoniste des BMP, en affectant l’expression d’autres gènes par l’activation d’une cascade de signalisation dans la cellule. Les résultats ont identifié une région importante dans le promoteur de gremlin qui affecte son activité basale et induite, et ont montré que le gremlin ne pouvait pas affecter l’expression génique et l’activation de signalisation intracellulaire indépendamment des BMPs. Cette étude démontre que le rôle de gremlin dans l’OA en est un essentiellement d’antagoniste des BMPs.

Développement du cartilage articulaire équin du fœtus à l’adulte : imagerie par résonance magnétique et microscopie en lumière polarisée

La structure du cartilage articulaire adulte est caractérisée par la présence de couches créées par l’orientation des fibres de collagène (Benninghoff, 1925). Avant de présenter la structure adulte classique en arcades “de Benninghoff”, le cartilage subit une série de changements au cours de sa maturation (Julkunen et al., 2010; Lecocq et al., 2008). Toutefois, un faible nombre d’études s’est intéressé à la structure du collagène du cartilage articulaire in utero. Notre objectif était d’étudier la maturation de la surface articulaire de l’épiphyse fémorale distale chez le cheval, en employant à la fois l’imagerie par résonance magnétique (IRM) et la microscopie en lumière polarisée après coloration au rouge picrosirius, au niveau de sites utilisés dans les études de réparation tissulaire et de sites prédisposés à l’ostéochondrose (OC). Le but était de décrire le développement normal du réseau de collagène et la relation entre les images IRM et la structure histologique. Des sections provenant de cinq sites de l’épiphyse fémorale distale de 14 fœtus et 10 poulains et adultes ont été colorées au rouge picrosirius, après que le grasset ait été imagé par IRM, dans l’optique de visualiser l’agencement des fibres de collagène de type II. Les deux modalités utilisées, IRM et microscopie en lumière polarisée, ont démontré la mise en place progressive d’une structure en couches du réseau de collagène, avant la naissance et la mise en charge de l’articulation.

The specific in vivo role of PPARgamma and its downstream signaling pathway in the pathophysiology of Osteoarthritis

L'arthrose est une maladie articulaire dégénérative, avec une pathogenèse inconnue. Des études récentes suggèrent que l'activation du facteur de transcription du récepteur activateur de la prolifération des peroxysomes (PPAR) gamma est une cible thérapeutique pour ce maladie. Les agonistes du PPARγ inhibent l'inflammation et réduisent la synthèse des produits de dégradation du cartilage in vitro et in vivo. Cependant, des études utilisant des agonistes du PPARγ n’élucident pas les effets exacts médiés par ce gène complexe. En effet, certains de ces agonistes ont la capacité de régulariser d'autres voies de signalisation indépendantes de PPARγ, ainsi entraînant des effets secondaires graves. Afin d'obtenir une efficacité thérapeutique avec potentiellement moins de problèmes de sécurité, il est donc essentiel d'élucider, in vivo, le rôle exact de PPARγ dans la physiopathologie OA. Mon projet de thèse permettra de déterminer, pour la première fois, le rôle spécifique de PPARγ in vivo dans la physiopathologie OA. Les souris utilisées pour l’étude avaient une délétion conditionnelle du gène PPARγ dans le cartilage. Ces dernières ont été générées en employant le système LoxP/Cre. Pour tester cette hypothèse, j'ai généré deux types de souris avec une délétion au PPARγ, (a) une suppression du gène PPARγ spécifiquement dans le cartilage germinale pour l'étude de l'arthrose liée au développement et à l'âge et (b) la suppression inductible du gène PPARγ spécifiquement dans le cartilage chez la souris adulte pour les études OA. L’étude précédente dans notre laboratoire, utilisant ces souris ayant une délétion au gène PPARγ germinales, montre que ces souris présentent des anomalies du développement du cartilage. J'ai également exploré si ces souris qui présentent des défauts précoces du développement ont toutes les modifications phénotypiques dans le cartilage au cours du vieillissement. Mes résultats ont montré que les souris adultes, ayant une délétion au gène PPARγ, ont présenter un phénotype de l'arthrose spontanée associée à une dégradation du cartilage, l’hypocellularité, la fibrose synoviale. Cette étude a montré que PPARγ est un régulateur essentiel pour le cartilage, et c’est le manque (l’absence) de ce dernier qui conduit à un phénotype de l'arthrose spontanée accélérée (American Journal of Pathologie). A partir de ce but de l'étude, on n’a pas pu vérifier si ces souris présentaient l’OA spontanée en raison des défauts de développement ou à la suite de la délétion du gène PPARγ. Pour contourner les défauts de développement, j'ai généré des souris ayant une délétion du gène PPARγ spécifiquement dans le cartilage inductible avec le système Col2rTACre. Ces souris ont été soumises à modèle de la chirurgie OA (DMM: déstabilisation du ménisque médial) et les résultats révèlent que les souris PPARγ KO ont une dégradation accélérée du cartilage, une hypocellularité, une fibrose synoviale et une augmentation de l'expression des marqueurs cataboliques et des marqueurs inflammatoire. La perte de PPAR dans le cartilage articulaire est un évènement critique qui initie la dégradation de cartilage dans OA. Les études récentes suggèrent que le procès d’autophagie, une forme de survie cellulaire programmée, est altéré pendant l’OA et peut contribuer vers une protection diminuée des cellules, résultant la dégradation du cartilage. J’ai donc exploré le rôle de PPARγ dans la protection des cellules en déterminant l’effet de manque de PPARγ dans le cartilage par l’expression de mTOR (régulateur négatif principal d’autophagie) et les gènes d’autophagie durant OA. Mes résultats ont montré que les souris KO PPARγ présentent également une augmentation sur l'expression de mTOR et une diminution sur l’expression des marqueurs autophagiques en comparaison avec les chondrocytes articulaires isolés des souris contrôles OA. J'ai suggéré l'hypothèse que PPARγ contrôle la régulation de la signalisation de mTOR/autophagie, et finalement la mort des chondrocytes et l’expression des facteurs cataboliques et les facteurs inflammatoire. Pour tester cette hypothèse, j’ai fait la transfection des chondrocytes arthrosiques PPARγ-KO avec le vecteur d’expression de PPARγ pour déterminer si la restauration de l'expression de PPARγ peut sauver le phénotype des cellules PPARγ-KO OA. J'ai observé que la restauration de l'expression de PPARγ dans les cellules PPARγ-KO en présence du vecteur d'expression PPARγ, a pu considérablement régulariser négativement l'expression de mTOR et mettre en règle positivement l'expression des gènes autophagiques ainsi que le sauvetage significative de l'expression du collagène de type II et l’aggrecan et de baisser de manière significative l'expression de marqueurs cataboliques critiques et des marqueurs inflammatoires. Pour prouver que l’augmentation de la signalisation de mTOR et la diminution de l'autophagie est responsable du phénotype OA accélérée observée dans les souris PPARγ KO in vivo, j'ai généré les souris doubles KO PPARγ- mTOR inductible spécifique du cartilage en utilisant le système Col2 - rtTA -Cre et soumis ces souris à DMM modèle de l'arthrose. Mes résultants démontrent que les souris avec PPARγ- mTOR doubles KO ont été significativement protégés contre les OA DMM induites associées à une protection significative contre la destruction du cartilage, la perte de protéoglycanes et la perte de chondro-cellularité par rapport aux souris témoins. Considérant que mTOR est un répresseur majeur de l'autophagie, j'ai trouvé que l'expression de deux marqueurs de l'autophagie critiques (ULK1 et LC3B) a été significativement plus élevée dans les chondrocytes extraits les souris doubles KO PPARγ-mTOR par rapport aux souris témoins. En plus, les études de sauvetage in vitro en utilisant le vecteur d'expression PPAR et les études in vivo utilisant les souris doubles KO PPARγ- mTOR montrent que PPARγ est impliqué dans la régulation de la protéine signalant de mTOR/autophagie dans le cartilage articulaire. Ces résultats contournent PPARγ et sa signalisation en aval de mTOR/autophagie en tant que cibles thérapeutiques potentielles pour le traitement de l'arthrose.

The effects of anticalcification treatments and hydration on the molecular dynamics of bovine pericardium collagen as revealed by (13)C solid-state NMR

This article describes a solid-state NMR (SSNMR) investigation of the influence of hydration and chemical cross-linking on the molecular dynamics of the constituents of the bovine pericardium (BP) tissues and its relation to the mechanical properties of the tissue. Samples of natural phenetylamine-diepoxide (DE)- and glutaraldehyde (GL)-fixed BP were investigated by (13)C cross-polarization SSNMR to probe the dynamics of the collagen, and the results were correlated to the mechanical properties of the tissues, probed by dynamical mechanical analysis. For samples of natural BP, the NMR results show that the higher the hydration level the more pronounced the molecular dynamics of the collagen backbone and sidechains, decreasing the tissue`s elastic modulus. In contrast, in DE- and GL-treated samples, the collagen molecules are more rigid, and the hydration seems to be less effective in increasing the collagen molecular dynamics and reducing the mechanical strength of the samples. This is mostly attributed to the presence of cross-links between the collagen plates, which renders the collagen mobility less dependent on the water absorption in chemically treated samples. Copyright (C) 2010 John Wiley & Sons, Ltd.

Radiography, computed tomography and magnetic resonance imaging at 0.5 Tesla of mechanically inducedosteoarthritis in rabbit knees

In the present experimental study we assessed induced osteoarthritis data in rabbits, compared three diagnostic methods, i.e., radiography (XR), computed tomography (CT) and magnetic resonance imaging (MRI), and correlated the imaging findings with those obtained by macroscopic evaluation. Ten young female rabbits of the Norfolk breed were used. Seven rabbits had the right knee immobilized in extension for a period of 12 weeks (immobilized group), and three others did not have a limb immobilized and were maintained under the same conditions (control group). Alterations observed by XR, CT and MRI after the period of immobilization were osteophytes, osteochondral lesions, increase and decrease of joint space, all of them present both in the immobilized and non-immobilized contralateral limbs. However, a significantly higher score was obtained for the immobilized limbs (XT: P = 0.016, CT: P = 0.031, MRI: P = 0.0156). All imaging methods were able to detect osteoarthritis changes after the 12 weeks of immobilization. Macroscopic evaluation identified increased thickening of joint capsule, proliferative and connective tissue in the femoropatellar joint, and irregularities of articular cartilage, especially in immobilized knees. The differences among XR, CT and MRI were not statistically significant for the immobilized knees. However, MRI using a 0.5 Tesla scanner was statistically different from CT and XR for the non-immobilized contralateral knees. We conclude that the three methods detected osteoarthritis lesions in rabbit knees, but MRI was less sensitive than XR and CT in detecting lesions compatible with initial osteoarthritis. Since none of the techniques revealed all the lesions, it is important to use all methods to establish an accurate diagnosis.

Intra-articular pressure profiles of the cadaveric equine fetlock joint in motion

The study of the influence of motion and initial intra-articular pressure (IAP) on intra-articular pressure profiles in equine cadaver metatarsophalangeal (MTP) joints was undertaken as a prelude to in vivo studies, Eleven equine cadaver MTP joints were submitted to 2 motion frequencies of 5 and 10 cycles/min of flexion and extension, simulating the condition of lower and higher (double) rates of passive motion. These frequencies were applied and pressure profiles generated with initial normal intra-articular pressure (-5 mmHg) and subsequently 30 mmHg intra-articular pressure obtained by injection of previously harvested synovial fluid.The 4 trials performed were 1) normal IAP; 5 cyles/min; 2) normal IAP; 10 cycles/min; 3) IAP at 30 mmHg; 5 cycles/min and 4) IAP at 30 mmHg; 10 cycles/min. The range of joint motion applied (mean +/- s.e.) was 67.6 +/- 1.61 degrees with an excursion from 12.2 +/- 1.2 degrees in extension to 56.2 +/- 2.6 degrees in flexion, Mean pressure recorded in mmHg for the first and last min of each trial, respectively, were 1) -5.7 +/- 0.9 and -6.3 +/- 1.1; 2) -5.3 +/- 1.1 and -6.2 +/- 1.1; 3) 58.8 +/- 8.0 and 42.3 +/- 7.2; 4) 56.6 +/- 3.7 and 40.3 +/- 4.6. Statistical analyses showed a trend for difference between the values for the first and last minute in trial 3 (0.05>P<0.1) with P = 0.1 and significant difference (P = 0.02) between the mean IAP of the first and last min in trial 4. The loss of intra-articular pressure associated with time and motion was 10.5, 16.9, 28.1 and 28.9% for trials 1-4, respectively. As initial intraarticular pressure and motion increased, the percent loss of intra-articular pressure increased.The angle of lowest pressure was 12.2 +/- 1.2 (mean +/- s.e.) in extension in trials 1 and 2, In trials 3 and 4, the lowest pressures were obtained in flexion with the joints at 18.5 +/- 2.0 degrees (mean +/- s.e.). This demonstrated that the joint angle of least pressure changed as the initial intra-articular pressure changed and there would not be a single angle of least pressure for a given joint.The volume of synovial fluid recovered from the MTP joints in trial 3 compared to 4 (trials in which fluid was injected to attain IAP of 30 mmHg) was not significantly different, supporting a soft tissue compliance change as a cause for the significant loss of intra-articular pressure during the 15 min of trial 4.The pressure profiles generated correlate well with in vivo values and demonstrated consistent pressure profiles. Our conclusions are summarised as follows:1. Clinically normal equine MTP joints which were frozen and then later thawed were found to have mostly negative baseline intra-articular pressures, as would be expected in living subjects,2. Alternate pressure profiles of the dorsal and plantar pouch at baseline intra-articular pressure document the presence of pressure forces that would support 'back and forth' fluid movement between joint compartments. This should result in movement of joint fluid during motion, assisting in lubrication and nutrition of articular cartilage,3. If joint pressure was initially greater than normal (30 mmHg), as occurs in diseased equine MTP joints, joint motion further increased joint capsule relaxation (compliance) and, therefore, reduced intra-articular pressure.4. Peak intra-articular pressures reached extremely high values (often >100 mmHg) in flexion when initial pressure was 30 mmHg. Joint effusion pressures recorded for clinical MCP joints are frequently 30 mmHg. These IAP values are expected to produce intermittent synovial ischaemia in clinical cases during joint flexion.5, Additional in vivo studies are necessary to confirm our conclusions from this study and to identify the contributions of fluid absorption and the presence of ischaemia in a vascularised joint.

Fresh autogenous rib cartilage graft to the malar process of rats with and without removal of the perichondrium: a histological study.

A comparison was made of autogenous grafts of rib cartilage with and without removal of the perichondrium, applied to the malar process of rats. Seventy-two male albino rats were divided into two groups according to the kind of graft received by each animal. The experimental periods were 5, 10, 20, 30, 60 and 120 postoperative days. The results showed that, in the control group, the grafts maintained their vitality for the whole experimental period and the perichondrium was biologically integrated into the host bed. Appositional growth was also observed. The treated animals showed intense resorption of the grafts and more intense bone neoformation. The newly formed bone was in intimate contact with the graft in both groups.

Arthrodesis tarsocrural or tarsometatarsal in 2 dogs using circular external skeletal fixator

An external fixation technique, using a circular fixator, to obtain arthrodesis was evaluated in 2 dogs with infected open lesions and soft tissue damage. In both cases, articular cartilage was curetted, and devitalized bone and necrotic soft tissue were removed. No bone graft was used. The wounds were maintained open and the dogs received postoperative antibiotic therapy. The arthrodesis site was compressed progressively as needed. Infection was eradicated and bony union was obtained in both dogs. It was concluded that the use of a circular fixator is an effective method to achieve arthrodesis.

Avaliação do laser de baixa intensidade na regeneração de cartilagem articular do joelho de coelhos submetidos à trocleoplastia

Pós-graduação em Cirurgia Veterinária - FCAV

Degenerative joint disease in cattle and buffaloes in the Amazon region: a retrospective study

Foi realizado um estudo retrospectivo sobre os aspectos epidemiológicos e clínico-patológicos em bovinos e búfalos com doença articular degenerativa (DAD) no estado do Pará, Brasil. Durante os anos de 1999 a 2014 foram avaliados 11 bovinos e 24 bubalinos. Todos os animais atendidos com suspeita clínica de DAD foram submetidos a exame clínico do sistema locomotor. Foram necropsiados sete bovinos e oito bubalinos com sinais clínicos da enfermidade. Os sinais clínicos comuns observados em ambas as espécies foram claudicação crônica, andar rígido, alterações posturais, crepitações audíveis no membro acometido, decúbito prolongado, dificuldade para levantar, e emagrecimento progressivo. As lesões articulares evidenciadas na necropsia consistiram em irregularidade da superfície articular, presença de erosão na cartilagem articular e no tecido ósseo subjacente, proliferação de tecido ósseo periarticular com formação de osteófitos. Tanto nos bovinos como nos bubalinos as articulações mais acometidas foram as dos membros posteriores. Nos bubalinos, possivelmente o principal fator predisponente ao surgimento de DAD foi à deficiência de fósforo, ao contrário dos bovinos, nos quais os defeitos de conformação anatômica dos membros posteriores, traumas crônicos em virtude da atividade exercida, como a coleta de sêmen e a idade avançada, foram o que, possivelmente, contribuíram para surgimento da enfermidade.

Cartilage Reconstruction Using Self-anchoring Implant with Functional Gradient

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Sulfato de glucosamina e de condroitina sobre o desempenho, cartilagem articular e densidade mineral óssea em frangos de corte

Pós-graduação em Zootecnia - FCAV

Degenerative joint disease in cattle and buffaloes in the Amazon region: a retrospective study

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)