Analysis of methods for modeling deep defects of the skin and articular cartilage on laboratory animals in the experiment

Abstract

The creation and implementation of new methods and means of local treatment of wounds occurs in stages, however, a number of difficulties arise at each stage. The article discusses one of the main problems that arise at the preclinical stage when modeling deep defects of the skin and articular cartilage – the difficulty of accurately reproducing full-layer defects of the skin and articular tissue. Various factors influencing the success of such modeling also investigated, including the type of animal, the size of the defect and its location.

Keywords

modeling of defects / skin defects / cartilage defect / wound healing

References

[1] Dovnar RI. Modeling of skin wounds on laboratory animal. Novosti Khirurgii. 2021;29(4):480–489. (In Russ.) DOI: 10.18484/2305-0047.2021.4.480

[2] Довнар Р.И. Моделирование кожных ран в эксперименте // Новости хирургии. 2021. Т. 29, № 4. С. 480–489. DOI: 10.18484/2305-0047.2021.4.480

[3] Shchelkunova EI, Voropaeva AA, Rusova TV, Shtopis I.C. The use of experimental modeling in the application of the pathogenesis of osteoarthritis (literature review). Siberian Scientific Medical Journal. 2019;39(2):27–39. (In Russ.) DOI: 10.15372/SSMJ20190203

[4] Щелкунова Е.И., Воропаева А.А., Русова Т.В., Штопис И.С. Применение экспериментального моделирования при изучении патогенеза остеоартроза (обзор литературы) // Сибирский научный медицинский журнал. 2019. Т. 39, № 2. С. 27–39. DOI: 10.15372/SSMJ20190203

[5] Mironov AN, Bunatyan ND, Vasil’ev AN. Rukovodstvo po provedeniyu doklinicheskikh issledovanii lekarstvennykh sredstv. Part one. Moscow: Grif i K; 2012. 944 p. (In Russ.)

[6] Миронов А.Н., Бунатян Н.Д., Васильев А.Н. Руководство по проведению доклинических исследований лекарственных средств. Часть первая. Москва: Гриф и К, 2012. 944 с.

[7] Gumenyuk SE, Gaivoronskaya TV, Gumenyuk AS, et al. Simulation of wound process in experimental surgery. Kuban Scientific Medical Bulletin. 2019;26(2):18–25. (In Russ.) DOI: 10.25207/1608-6228-2019-26-2-18-25

[8] Гуменюк С.Е., Гайворонская Т.В., Гуменюк А.С. и др. Моделирование раневого процесса в экспериментальной хирургии // Кубанский научный медицинский вестник. 2019. Т. 26, № 2. С. 18–25. DOI: 10.25207/1608-6228-2019-26-2-18-25

[9] Farmoudeh A, Akbari J, Saeedi M, et al. Methylene blue-loaded niosome: preparation, physicochemical characterization, and in vivo wound healing assessment. Drug Deliv Transl Res. 2020;10(5):1428–1441. DOI: 10.1007/s13346-020-00715-6

[10] Farmoudeh A., Akbari J., Saeedi M. et al. Methylene blue-loaded niosome: preparation, physicochemical characterization, and in vivo wound healing assessment // Drug. Deliv. Transl. Res. 2020. Vol. 10, No. 5. P. 1428–1441. DOI: 10.1007/s13346-020-00715-6

[11] Ren Y, Yu X, Li Z, et al. Fabrication of pH-responsive TA-keratin bio-composited hydrogels encapsulated with photoluminescent GO quantum dots for improved bacterial inhibition and healing efficacy in wound care management: In vivo wound evaluations. J Photochem Photobiol B. 2020;202:111676. DOI: 10.1016/j.jphotobiol.2019.111676

[12] Ren Y., Yu X., Li Z. et al. Fabrication of pH-responsive TA-keratin bio-composited hydrogels encapsulated with photoluminescent GO quantum dots for improved bacterial inhibition and healing efficacy in wound care management: In vivo wound evaluations // J. Photochem. Photobiol. B. 2020. Vol. 202. P. 111676. DOI: 10.1016/j.jphotobiol.2019.111676

[13] Chekmareva IA, Legonkova OA, Korotaeva AI, et al. Study of the effect of cerium compounds on a post-burn scar in an in vivo experiment by transmission electron microscopy. Biotechnology. 2020;36;(4):99–105. (In Russ.) DOI: 10.21519/0234-2758-2020-36-4-99-105

[14] Чекмарева И.А., Легонькова О.А., Коротаева А.И. и др. Изучение влияния соединений церия на послеожоговый рубец в эксперименте in vivo методом трансмиссионной электронной микроскопии // Биотехнология. 2020. Т. 36, № 4. С. 99–105. DOI: 10.21519/0234-2758-2020-36-4-99-105

[15] Lozhkomoev AS, Kirilova NV, Bakina OV. Modern dressing based on polymeric microfibers with aluminum oxyhydroxide: properties and mechanism of wound healing action. Wounds and wound infections. The prof. B.M. Kostyuchenok journal. 2020;7(1):46–57. (In Russ.) DOI: 10.25199/2408-9613-2020-7-1-46-57

[16] Ложкомоев А.С., Кирилова Н.В., Бакина О.В. Новый перевязочный материал на основе полимерных микроволокон с оксигидроксидом алюминия: свойства и механизм ранозаживляющего действия // Раны и раневые инфекции. Журнал имени проф. Б.М. Костючёнка. 2020. Т. 7, № 1. С. 46–57. DOI: 10.25199/2408-9613-2020-7-1-46-57

[17] Sim P., Strudwick X.L., Song YM et al. Influence of acidic pH on wound healing in vivo: A novel perspective for wound treatment // International journal of molecular sciences. 2022. Vol. 23, No 21. P. 13655. DOI: 10.3390/ijms232113655

[18] Sim P., Strudwick X.L., Song YM et al. Influence of acidic pH on wound healing in vivo: A novel perspective for wound treatment // International journal of molecular sciences. 2022. Vol. 23, No. 21. P. 13655. DOI: 10.3390/ijms232113655

[19] Dudanov IP, Vinogradov VV, Krishtop VV, Nikonorova VG. Comparative characteristics of the wound healing effect of a xerogel based on neutral titanium dioxide hydrosol for the treatment of burn wounds. Research and practice in medicine. 2021;8(1):30–39. (In Russ.) DOI: 10.17709/2409-2231-2021-8-1-3

[20] Дуданов И.П., Виноградов В.В., Криштоп В.В., Никонорова В.Г. Сравнительная характеристика ранозаживляющего эффекта ксерогеля на основе нейтрального гидрозоля диоксида титана для терапии ожоговых ран // Исследования и практика в медицине. 2021. Т. 8, № 1. С. 30–39. DOI: 10.17709/2409-2231-2021-8-1-3

[21] Wei Q, Wang Y, Ma K, et al. Extracellular vesicles from human umbilical cord mesenchymal stem cells facilitate diabetic wound healing through MiR-17-5p-mediated enhancement of angiogenesis. Stem Cell Rev Rep. 2022;18;(3):1025–1040. DOI: 10.1007/s12015-021-10176-0

[22] Wei Q., Wang Y., Ma K. et al. Extracellular vesicles from human umbilical cord mesenchymal stem cells facilitate diabetic wound healing through MiR-17-5p-mediated enhancement of angiogenesis // Stem Cell Rev. Rep. 2022. Vol. 18, No. 3. Р. 1025–1040. DOI: 10.1007/s12015-021-10176-0

[23] Borkhunova EN, Nadezhdin DV. Peculiarities of healing of a skin wound defect under the influence of autologous cellular products of multipotent mesenchymal stromal cells and stromal-vascular fraction. Veterinary Medicine of the Kuban. 2021;1:30–32. (In Russ.) DOI: 10.33861/2071-8020-2021-1-30-32

[24] Борхунова Е.Н., Надеждин Д.В. Особенности заживления раневого дефекта кожи под влиянием аутологичных клеточных продуктов мультипотентных мезенхимных стромальных клеток и стромально-васкулярной фракции // Ветеринария Кубани. 2021. № 1. С. 30–32. DOI: 10.33861/2071-8020-2021-1-30-32

[25] Teng L, Maqsood M, Zhu M, et al. Exosomes derived from human umbilical cord mesenchymal stem cells accelerate diabetic wound healing via promoting M2 macrophage polarization, angiogenesis, and collagen deposition. Int J Mol Sci. 2022;23(18):10421. DOI: 10.3390/ijms231810421

[26] Teng L., Maqsood M., Zhu M. et al. Exosomes derived from human umbilical cord mesenchymal stem cells accelerate diabetic wound healing via promoting M2 macrophage polarization, angiogenesis, and collagen deposition // Int. J. Mol. Sci. 2022. Vol. 23, No. 18. P. 10421. DOI: 10.3390/ijms231810421

[27] Lebedeva SA, Galenko-Yaroshevsky Jr PA, Melnik SI, et al. Wound-healing effect of the organometallic zinc complex on the model of a planar skin wound in rats. Research Results in Biomedicine. 2022;8(1):71–81. (In Russ.) DOI: 10.18413/2658-6533-2022-8-1-0-5

[28] Лебедева С.А., Галенко-Ярошевский Мл П.А., Мельник С.И. и др. Ранозаживляющее действие металлоорганического комплекса цинка на модели плоскостной кожной раны у крыс // Научные результаты биомедицинских исследований. 2022. Т. 8, № 1. С. 71–81. DOI: 10.18413/2658-6533-2022-8-1-0-5

[29] Sobin FV, Pulina NA, Chashchina SV. Wound healing activity of experimental gels based on hetarylamides of 4-R-2-hydroxy-4-oxo-2-butenoic acids. Bashkortostan Medical Journal. 2022;17(5(101)):70–73. (In Russ.)

[30] Собин Ф.В., Пулина Н.А., Чащина С.В. Ранозаживляющая активность экспериментальных гелей на основе гетариламидов 4-R-2-гидрокси-4-оксо-2-бутеновых кислот // Медицинский вестник Башкортостана. 2022. Т. 17, № 5(101). С. 70–73.

[31] Olimov MA, Sharofova MU, Khodzhaeva FM, et al. In vivo study of the wound healing activity of a polysaccharide gel with encapsulated sea buckthorn oil (Hippophae rhamnoides). Avicenna Bulletin. 2023;25(1):84–93. (In Russ.) DOI: 10.25005/2074-0581-2023-25-l-84-107

[32] Олимов М.А., Шарофова М.У., Ходжаева Ф.М. и др. In vivo исследование ранозаживляющей активности полисахаридного геля с инкапсулированным облепиховым маслом (Hippophae rhamnoides) // Вестник Авиценны. 2023. Т. 25, № 1. С. 84–93. DOI: 10.25005/2074-0581-2023-25-1-84-93

[33] Airapetov GA, Zagorodniy NV, Vorotnikov A.A. Experimental method of replacement of osteochondral joint defects (early results). Medical Bulletin of the South of Russia. 2019;(2):71–76. (In Russ.) DOI: 10.21886/2219-8075-2019-10-2-71-76

[34] Айрапетов Г.А., Загородний Н.В., Воротников А.А. Экспериментальный метод замещения костно-хрящевых дефектов суставов (ранние результаты) // Медицинский вестник Юга России. 2019. № 2. С. 71–76. DOI: 10.21886/2219-8075-2019-10-2-71-76

[35] Kabalyk MA. Molekulyarnye mekhanizmy regeneratsii khryashcha i subkhondral’noi kosti pri vnutrisustavnom vvedenii khondroitina sul’fata natriya na ehksperimental’noi modeli osteoartrita. Opinion Leader. 2019;(3(21)):76–84. (In Russ.)

[36] Кабалык М.А. Молекулярные механизмы регенерации хряща и субхондральной кости при внутрисуставном введении хондроитина сульфата натрия на экспериментальной модели остеоартрита // Opinion Leader. 2019. № 3(21). С. 76–84.

[37] Kalyuzhnaya LI, Khominets VV, Chebotarev SV, et al. The use of human umbilical cord biomaterial for the restoration of damage to the articular cartilage. Preventive and Clinical Medicine. 2019;(4(73)):45–52. (In Russ.)

[38] Калюжная Л.И., Хоминец В.В., Чеботарев С.В. и др. Применение биоматериала из пуповины человека для восстановления повреждений суставного хряща // Профилактическая и клиническая медицина. 2019. № 4(73). С. 45–52.

[39] Li Y, Xu Y, Liu Y, et al. Decellularized cartilage matrix scaffolds with laser-machined micropores for cartilage regeneration and articular cartilage repair. Mater Sci Eng C Mater Biol Appl. 2019;105:110139. DOI: 10.1016/j.msec.2019.110139

[40] Li Y., Xu Y., Liu Y. et al. Decellularized cartilage matrix scaffolds with laser-machined micropores for cartilage regeneration and articular cartilage repair // Mater. Sci. Eng. C Mater. Biol. Appl. 2019. Vol. 105. P. 110139. DOI: 10.1016/j.msec.2019.110139

[41] Boopalan R, Varghese VD, Sathishkumar S, et al. Similar regeneration of articular cartilage defects with autologous and allogenic chondrocytes in a rabbit model. Indian J Med Res. 2019;149(5):650–655. DOI: 10.4103/ijmr.ijmr_1233_17

[42] Boopalan R., Varghese V.D., Sathishkumar S, et al. Similar regeneration of articular cartilage defects with autologous and allogenic chondrocytes in a rabbit model // Indian J. Med. Res. 2019. Vol. 149, No. 5. P. 650–655. DOI: 10.4103/ijmr.ijmr_1233_17

[43] Kotelnikov GP, Dolgushkin DA, Lazarev VA, Selter PN. The use of computed tomography to assess the density of tissue regenerate after chondroplasty in an experiment in rabbits. Bulletin of the Medical Institute “Reaviz”: rehabilitation, doctor and health. 2020;(5(47)):28–35. (In Russ.) DOI: 10.20340/vmi-rvz.2020.5.2

[44] Котельников Г.П., Долгушкин Д.А., Лазарев В.А., Зельтер П.Н. Применение компьютерной томографии для оценки плотности тканевого регенерата после хондропластики в эксперименте у кроликов // Вестник медицинского института «Реавиз»: реабилитация, врач и здоровье. 2020. № 5(47). С. 28–35. DOI: 10.20340/vmi-rvz.2020.5.2

[45] Lavrik AA, Ali SG, Moskalev VB, et al. Recovery properties of «UltraCell-Dog» peptide drug in case of knee trauma injuries (experimental study). Veterinary, Zootechnics and Biotechnology. 2020;(5):6–19. (In Russ.) DOI: 10.26155/vet.zoo.bio.202005001

[46] Лаврик А.А., Али С.Г., Москалев В.Б. и др. Регенеративные свойства пептидного препарата «УльтраСелл-Дог» при травмах коленного сустава (экспериментальное исследование) // Ветеринария, зоотехния и биотехнология. 2020. № 5. С. 6–19. DOI: 10.26155/vet.zoo.bio.202005001

[47] Popkov AV, Popkov DA, Kobyzev AE, et al. Positive experience of full-layer replacement of an articular cartilage defect using a degradable implant with a bioactive surface in combination with platelet-rich plasma (experimental study). Genij Ortopedii. 2020;26(3):392–397. (In Russ.) DOI: 10.18019/1028-4427-2020-26-3-392-397

[48] Попков А.В., Попков Д.А., Кобызев А.Е. и др. Положительный опыт полнослойного замещения дефекта суставного хряща при использовании деградируемого имплантата с биоактивной поверхностью в сочетании с обогащенной тромбоцитами плазмой крови (экспериментальное исследование) // Гений ортопедии. 2020. Т. 26, № 3. С. 392–397. DOI: 10.18019/1028-4427-2020-26-3-392-397

[49] Belova SV, Zubavlenko RA, Ulyanov VYu. Reorganization of skeletal connective tissues in animals with a model of post-traumatic osteoarthritis. Polytrauma. 2021;(3):75–81. (In Russ.) DOI: 10.24412/1819-1495-2021-3-75-81

[50] Белова С.В., Зубавленко Р.А., Ульянов В.Ю. Реорганизация скелетных соединительных тканей у животных с моделью посттравматического остеоартроза // Политравма. 2021. № 3. С. 75–81. DOI: 10.24412/1819-1495-2021-3-75-81

[51] Gladkova EV. Surgical approaches to the formation of experimental post-traumatic osteoarthritis of the knee joints and its structural and metabolic patterns. Bulletin of new medical technologies. 2021;28(1):35–40. (In Russ.) DOI: 10.24412/1609-2163-2021-1-35-40

[52] Гладкова Е.В. Хирургические подходы к формированию экспериментального посттравматического остеоартроза коленных суставов и его структурно-метаболические паттерны // Вестник новых медицинских технологий. 2021. Т. 28, № 1. С. 35–40. DOI: 10.24412/1609-2163-2021-1-35-40

[53] Presnyakov EV, Rochev ES, Cerceil VV, et al. Chondrogenesis induced in vivo by gene-activated hydrogel based on hyaluronic acid and plasmid DNA encoding VEGF. Genes and cells. 2021;16(2):47–53. (In Russ.) DOI: 10.23868/202107005

[54] Пресняков Е.В., Рочев Е.С., Церцеил В.В. и др. Индукция хондрогенеза in vivo под влиянием гидрогелевого ген-активированного материала на основе гиалуроновой кислоты и плазмидной ДНК с геном VEGF // Гены и клетки. 2021. Т. 16, № 2. С. 47–53. DOI: 10.23868/202107005

[55] Lukanina SN, Sakharov AV, Prosenko OI. Morphofunctional characteristics of post-traumatic regenerate of rat articular cartilage in normal conditions and when the defect is filled with a matrix of tissue engineering structure based on chitosan. Proceedings of the Conference “Borodino Readings”; Novosibirsk, March 22, 2022. Novosibirsk; 2022. P. 301–306. (In Russ.)

[56] Луканина С.Н., Сахаров А.В., Просенко О.И. Морфофункциональная характеристика посттравматического регенерата суставного хряща крыс в норме и при заполнении дефекта матрицей тканеинженерной конструкции на основе хитозана // Материалы конференции «Бородинские чтения». Новосибирск, 22 марта 2022 г. Новосибирск, 2022. С. 301–306.

[57] Taufik SA, Dirja BT, Utomo DN, et al. Double membrane platelet-rich fibrin (PRF)-Synovium succeeds in regenerating cartilage defect at the knee: An experimental study on rabbit. Helion. 2023;9(2):e13139. DOI: 10.1016/j.heliyon.2023.e13139

[58] Taufik S.A., Dirja B.T., Utomo D.N., et al. Double membrane platelet-rich fibrin (PRF)-Synovium succeeds in regenerating cartilage defect at the knee: An experimental study on rabbit // Heliyon. 2023. Vol. 9, No. 2. P. e13139. DOI: 10.1016/j.heliyon.2023.e13139

[59] Belyakov VI, Inyushkina EM, Gromov DS, et al. Laboratornye krysy: soderzhanie, razvedenie i bioehticheskie aspekty ispol’zovaniya v ehksperimentakh po fiziologii povedeniya: textbook. Samara: Samara University Press; 2021. 96 p. (In Russ.)

[60] Беляков В.И., Инюшкина Е.М., Громова Д.С. и др. Лабораторные крысы: содержание, разведение и биоэтические аспекты использования в экспериментах по физиологии поведения: учебное пособие. Самара: Издательство Самарского университета, 2021. 96 с.

RIGHTS & PERMISSIONS

Eco-Vector