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

A retrospective study of the epidemiological and clinic-pathological aspects of cattle and buffaloes with degenerative joint disease (DJD) was conducted in the state of Pará, Brazil. From 1999 to 2014, eleven cattle and 24 buffaloes were evaluated. All the treated animals with suspected DJD underwent a clinical examination of the musculoskeletal system. In seven cattle and eight buffaloes with clinical signs of the disease postmortem examination was performed. The common clinical signs observed in both species were chronic lameness, stiff gait, postural changes, audible crackles in the affected limb, prolonged recumbency, difficulty in getting up and progressive weight loss. The lesions observed at necropsy were: irregular articular surfaces, erosion of the articular cartilage and the underlying bone tissue, and proliferation of the periarticular bone tissue with formation of osteophytes. The most affected joints in cattle and buffaloes wereof the hind limb. In buffaloes, the main predisposing factor to the onset of DJD was phosphorus deficiency. In cattle, defects of the anatomical conformation of the hind limbs, chronic trauma due to the activities performed, such as semen collection, and advanced age possibly contributed to the emergence of the disease.

Bone morphogenetic proteins: from structure to clinical use

Bone morphogenetic proteins (BMPs) are multi-functional growth factors belonging to the transforming growth factor ß superfamily. Family members are expressed during limb development, endochondral ossification, early fracture, and cartilage repair. The activity of BMPs was first identified in the 1960s but the proteins responsible for bone induction were unknown until the purification and cloning of human BMPs in the 1980s. To date, about 15 BMP family members have been identified and characterized. The signal triggered by BMPs is transduced through serine/threonine kinase receptors, type I and II subtypes. Three type I receptors have been shown to bind BMP ligands, namely: type IA and IB BMP receptors and type IA activin receptors. BMPs seem to be involved in the regulation of cell proliferation, survival, differentiation and apoptosis, but their hallmark is their ability to induce bone, cartilage, ligament, and tendon formation at both heterotopic and orthotopic sites. This suggests that, in the future, they may play a major role in the treatment of bone diseases. Several animal studies have illustrated the potential of BMPs to enhance spinal fusion, repair critical-size defects, accelerate union, and heal articular cartilage lesions. Difficulties in producing and purifying BMPs from bone tissue have prompted the attempts made by several laboratories, including ours, to express these proteins in the recombinant form in heterologous systems. This review focuses on BMP structure, molecular mechanisms of action and significance and potential applications in medical, dental and veterinary practice for the treatment of cartilage and bone-related diseases.

Cotransfected human chondrocytes: over-expression of IGF-I and SOX9 enhances the synthesis of cartilage matrix components collagen-II and glycosaminoglycans

Damage to cartilage causes a loss of type II collagen (Col-II) and glycosaminoglycans (GAG). To restore the original cartilage architecture, cell factors that stimulate Col-II and GAG production are needed. Insulin-like growth factor I (IGF-I) and transcription factor SOX9are essential for the synthesis of cartilage matrix, chondrocyte proliferation, and phenotype maintenance. We evaluated the combined effect of IGF-I and SOX9 transgene expression on Col-II and GAG production by cultured human articular chondrocytes. Transient transfection and cotransfection were performed using two mammalian expression plasmids (pCMV-SPORT6), one for each transgene. At day 9 post-transfection, the chondrocytes that were over-expressing IGF-I/SOX9 showed 2-fold increased mRNA expression of the Col-II gene, as well as a 57% increase in Col-II protein, whereas type I collagen expression (Col-I) was decreased by 59.3% compared with controls. The production of GAG by these cells increased significantly compared with the controls at day 9 (3.3- vs 1.8-times, an increase of almost 83%). Thus, IGF-I/SOX9 cotransfected chondrocytes may be useful for cell-based articular cartilage therapies.

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.

Cultura de condrócitos em arcabouço tridimensional: hidrogel de alginato

OBJETIVOS: O presente estudo teve como objetivo cultivar condrócitos retirados da articulação do joelho de coelhos encapsulados em hidrogel de alginato (HA) e caracterizar a produção de matriz extracelular (ECM). MÉTODOS: A cartilagem articular foi removida do joelho de coelhos, com três a seis meses, fragmentada em pedaços de 1mm e submetida à digestão enzimática. Uma concentração de 1x106 céls/mL foram ressuspensas em uma solução de alginato de sódio a 1,5% (w/v), em seguida fez-se o processo de gelatinização em CaCl2 (102 mM), permitindo a formação do HA e cultivo em meio DMEM-F12 durante quatro semanas. A distribuição das células e a ECM foram acessadas através das secções histológicas coradas com e azul de toluidina hematoxilina e eosina (HE). RESULTADOS: Houve um aumento no número e na viabilidade dos condrócitos durante as quatro semanas de cultura. Através das análises histológicas dos HAs corados com azul de toluidina e HE foi possível observar a distribuição definida dos condrócitos no hidrogel, assemelhando-se a grupos isógenos e formação de matriz territorial. CONCLUSÃO: Este estudo demonstrou a eficiência do HA como arcabouço para ser usado na cultura de condrócitos, constituindo uma alternativa no reparo de lesões na cartilagem articular.

Implante de condrócitos homólogos em defeitos osteocondrais de cães: padronização da técnica e avaliação histopatológica

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)

Reparação de defeitos osteocondrais de cães com implante de cultura de condrócitos homólogos e membrana biossintética de celulose: avaliação clínica, ultrassonográfica e macroscópica

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)

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.

Resposta imuno-bioquímica e avaliação histológica da cartilagem articular de ratos artrose induzidos, frente ao tratamento com iontoforese isolada e de ácido L-ascorbico

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

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)