Vivo Fare uyluk için bir MRI uyumlu Osteosentez aygıtı kullanma farelerde kemik iyileşme sırasında kırık Kallus gelişimi değerlendirme
Summary
Endochondral kemik iyileşme sırasında kırık Kallus dokusu geliştirme değerlendirilmesi iyileşme süreci izlemek için önemlidir. Burada, bir manyetik rezonans görüntüleme (MRG) kullanımı raporu-uyumlu eksternal fiksatör fare uyluk için MRG izin farelerde kemik rejenerasyon sırasında tarar.
Abstract
Endochondral kırık iyileşmesi fibröz kıkırdak ve kemik dokusunda kırık Kallus gelişimi içeren karmaşık bir işlemdir. Kallus farklı dokularda miktarda ilerleme şifa kırık önemli bilgiler sağlar. Dijital Radyografi ve µCT görüntüleme boyuna preklinik kırık iyileşmesi çalışmalar küçük hayvanlar kullanarak Kallus dokusu gelişiminde izlemek için kullanılabilir vivo içinde teknikleri içerir. Ancak, her iki teknikleri sadece mineralize ve mineralize olmayan doku arasında ayırt edebiliyoruz. Sonuç olarak, kıkırdak fibröz doku ayırt etmek mümkün değildir. Buna ek olarak, manyetik rezonans görüntüleme (MRG) su içeriğine göre anatomik yapıları görüntüler ve bu nedenle Noninvazif yumuşak doku ve kıkırdak içinde kırık Kallus tanımlamak mümkün olabilir. Burada, Mr uyumlu fare uyluk için fiksatör MRI taramaları farelerde kemik yeniden oluşturma işlemi sırasında izin vermek için dış kullanımı raporu Deneyler fiksatör ve ısmarlama montaj aygıt tekrarlayan MRI taramaları, böylece kırık-Kallus dokusu gelişimin boyuna analizi etkinleştirmek izin gösterdi.
Introduction
İkincil kırık iyileşmesi kemik iyileşme en yaygın şeklidir. Ontogenic endochondral ossifikasyon1,2,3, belirli özellikleriyle taklit karmaşık bir süreçtir. Erken kırık hematom ağırlıklı olarak bağışıklık hücreleri, granülasyon ve fibröz doku oluşur. Düşük oksijen gerilim ve yüksek biyomekanik suşları osteoblast farklılaşma kırık boşluğu, engel ama progenitör hücre farklılaşma kondrosit4,5,6içine teşvik. Bu hücreler kırık kemiğin ilk istikrar sağlayan bir kıkırdak matris oluşturmak için yaralanma sitesinde çoğalırlar başlar. Kallus olgunlaşma sırasında kondrosit Hipertrofik, haline geçmesi apoptosis veya trans-dokusunu ayırt etmek. Neovaskülarizasyon kıkırdak-kemik geçiş bölgesi, yüksek oksijen düzeyleri, kemik doku7oluşumunu sağlayarak verir. Kemik kırığı köprü sonra daha biyomekanik istikrarlı ve fizyolojik kemik kontur ve yapısı3kazanmak için sebep harici kırığı Kallus remodeling oluşur. Bu nedenle, kırık Kallus fibröz kıkırdak ve kemik dokusunda miktarda kemik iyileşme süreci hakkında önemli bilgiler sağlar. Rahatsız veya gecikmeli şifa değişiklikler Kallus dokusu gelişme hem insanlar ve fareler8,9,10,11tarafından görünür hale gelir. Dijital Radyografi ve12,13görüntüleme µCT boyuna preklinik kırık küçük hayvanlar kullanarak çalışmalar şifa Nasırlaşma doku gelişiminde izlemek için kullanılabilir vivo içinde teknikleri içerir. Ancak, her iki teknikleri sadece mineralize ve mineralize olmayan doku arasında ayırımcılık edebiliyoruz. Buna ek olarak, Mr mükemmel yumuşak doku kontrast sağlar ve bu nedenle yumuşak doku ve kıkırdak içinde kırık Kallus tanımlamak mümkün olabilir.
Önceki çalışma Intramembranous kemik-kusur şifa15sırasında farelerde post mortem MRI farelerde ile eklem kırıkları14 ve in vivo MRI için umut verici sonuçlar gösterdi. Bununla birlikte, her iki çalışmaları da sınırlı uzamsal çözünürlük ve doku kontrast belirtti. Biz daha önce yüksek çözünürlüklü vivo içinde Mr16şifa fare endochondral kırık sırasında yumuşak Kallus oluşumu boyuna değerlendirmesi için fizibilite gösterdi. Burada, Kallus dokusu geliştirme boyuna endochondral kırık iyileşme süreci sırasında izlemek için uyluk osteotomi farelerde için bir MRI uyumlu eksternal fiksatör kullanarak için protokol raporu. Eksternal fiksatör yerleştirilmesi için özel montaj aygıtının tasarım standart bir pozisyon tekrarlanan taramalar sırasında sağlamıştır.
Protocol
Representative Results
Discussion
Değişiklikler ve sorun giderme:
Kallus dokusu geliştirme boyuna endochondral kırık iyileşmesi işlemi sırasında izleme olanağı ile uyluk osteotomi fare için bir MRI uyumlu eksternal fiksatör ile kullanmak için bir iletişim kuralı tanımlamak için bu çalışmanın ana hedefi oldu. Eksternal fiksatör yerleştirilmesi için özel montaj aygıtının tasarım standart bir pozisyon tekrarlanan taramalar sırasında sağlamıştır. Yarı otomatik doku segmentasyon…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Sevil Essig, Stefanie Schroth, Verena Fischer, Katja Prystaz, Yvonne Hägele ve Anne Subgang mükemmel teknik destek için teşekkür ederiz. Ayrıca bu çalışmada finansmanı için AO travma Vakfı Almanya ve Alman Araştırma Vakfı (CRC1149, INST40/499-1) teşekkür ederiz.
Materials
| Anaesthesia tube | FMI, Seeheim, Germany | ZUA-82-ANA-TUB-Mouse | |
| Anaesthetic machine | FMI, Seeheim, Germany | ZUA-82-GME-MA | |
| Artery forceps | Aesculap, Tuttlingen, Germany | BH104R | |
| Autoclave | Systec, Wettenberg, Germany | DX-150 | |
| Autoclaving packaging | Stericlin, Feuchtwangen, Germany | 2301-04/06/10/12/16 | |
| Avizo software | FEI, Burlington, USA | – | Version 8.0.1 |
| BioSpec 117/16 magnetic resonance imaging system | Bruker Biospin, Ettlingen, Germany | 117/16 | |
| Bulldog clamp | Aesculap, Tuttlingen, Germany | BH 021R | |
| Carbon steel scalpel no. 11/15 | Aesculap, Tuttlingen, Germany | BA211/215 | |
| Ceramic mounting pin 0.45 mm | RISystem, Davos, Switzerland | HS691490 | |
| Clindamycin (300 mg / 2ml) | Ratiopharm, Ulm, Germany | – | |
| Dressing forceps 115 mm | Aesculap, Tuttlingen, Germany | BD210R | |
| Dressing forceps 130 mm | Aesculap, Tuttlingen, Germany | BD025R | |
| Drill bit coated 0.45 mm | RISystem, Davos, Switzerland | HS820420 | |
| Durogrip needle holder 125 mm | Aesculap, Tuttlingen, Germany | BM024R | |
| Foliodrape | Hartmann, Heidenheim, Germany | 2513026 | |
| Frekaderm | Fresenius, Bad Homburg, Germany | 4928211 | |
| Gigli saw 0.44 mm | RISystem, Davos, Switzerland | RIS.590.110.25 | |
| Hand drill | RISystem, Davos, Switzerland | RIS.390.130-01 | |
| Heating plate | FMI, Seeheim, Germany | IOW-3704 | |
| Hygonorm gloves | Hygi, Telgte, Germany | 2706 | |
| Isoflurane | Abbot, London, UK | Forene | |
| Micro forceps 155 mm | Aesculap, Tuttlingen, Germany | BD343R | |
| Micro scissors 120 mm | Aesculap, Tuttlingen, Germany | FD013R | |
| Mouse FixEx L 0.7 mm | RISystem, Davos, Switzerland | RIS.611.300-10 | |
| Needle case for drills | Aesculap, Tuttlingen, Germany | BL911R | |
| Needle holder | Aesculap, Tuttlingen, Germany | BB078R | |
| Octenisept | Schülke, Norderstedt, Germany | 121403 | |
| Osirix software | Pixmeo SARL, Bernex, Switzerland | – | Version 4.0 |
| Oxygen, medical grade | MTI, Ulm, Germany | – | |
| Resolon 5/0 | Resorba, Nürnberg, Germany | 88143 | |
| Saline 0.9% | Braun, Melsungen, Germany | 3570350 | |
| Scalpel handle 125 mm | Aesculap, Tuttlingen, Germany | BB073R | |
| Scissors 150 mm | Aesculap, Tuttlingen, Germany | BC006R | |
| Sealer for autoclave packaging | Hawo GmbH, Obrigheim, Germany | HM500 | |
| Sterican 27 G | Braun, Melsungen, Germany | 4657705 | |
| Sterile surgical blades no. 11/15 | Aesculap, Tuttlingen, Germany | BB511/515 | |
| Surgical gloves | Hartmann, Heidenheim, Germany | Peha-micron 9425712 | |
| Surgical light | Maquet SA, Ardon, France | Blue line 80 | |
| Syringes 5 ml | Braun, Melsungen, Germany | Injekt 4606051V | |
| Tissue forceps 80 mm | Aesculap, Tuttlingen, Germany | OC091R | |
| Tramadol 25 mg/l | Grünenthal, Aachen, Germany | 100mg/ml | |
| Vasofix Safety | Braun, Melsungen, Germany | 4268113S-01 | |
| Vicryl 5-0 | Ethicon, Norderstedt, Germany | V30371 | |
| Visdisic eye ointment | Bausch & Lomb, Berlin, Germany | 3099559 |
References
- Claes, L., Recknagel, S., Ignatius, A. Fracture healing under healthy and inflammatory conditions. Nat Rev Rheumatol. 8 (3), 133-143 (2012).
- Einhorn, T. A. The cell and molecular biology of fracture healing. Clin Orthop Relat Res. (355), S7-S21 (1998).
- Einhorn, T. A., Gerstenfeld, L. C. Fracture healing: mechanisms and interventions. Nat Rev Rheumatol. 11 (1), 45-54 (2015).
- Augat, P., et al. Local tissue properties in bone healing: influence of size and stability of the osteotomy gap. J Orthop Res. 16 (4), 475-481 (1998).
- Claes, L. E., Heigele, C. A. Magnitudes of local stress and strain along bony surfaces predict the course and type of fracture healing. J Biomech. 32 (3), 255-266 (1999).
- Claes, L. E., et al. Effects of mechanical factors on the fracture healing process. Clin Orthop Relat Res. (355), 132-147 (1998).
- Hu, D. P., et al. Cartilage to bone transformation during fracture healing is coordinated by the invading vasculature and induction of the core pluripotency genes. Development. 144 (2), 221-234 (2017).
- Hankenson, K. D., Zimmerman, G., Marcucio, R. Biological perspectives of delayed fracture healing. Injury. 45, 8-15 (2014).
- Meyer, R. A., et al. Age and ovariectomy impair both the normalization of mechanical properties and the accretion of mineral by the fracture callus in rats. J Orthop Res. 19 (3), 428-435 (2001).
- Nikolaou, V. S., Efstathopoulos, N., Kontakis, G., Kanakaris, N. K., Giannoudis, P. V. The influence of osteoporosis in femoral fracture healing time. Injury. 40 (6), 663-668 (2009).
- Haffner-Luntzer, M., Kovtun, A., Rapp, A. E., Ignatius, A. Mouse Models in Bone Fracture Healing Research. Current Molecular Biology Reports. 2 (2), 101-111 (2016).
- Garcia, P., et al. Rodent animal models of delayed bone healing and non-union formation: a comprehensive review. Eur Cell Mater. 26, 1-14 (2013).
- Histing, T., et al. Small animal bone healing models: standards, tips, and pitfalls results of a consensus meeting. Bone. 49 (4), 591-599 (2011).
- Zachos, T. A., Bertone, A. L., Wassenaar, P. A., Weisbrode, S. E. Rodent models for the study of articular fracture healing. J Invest Surg. 20 (2), 87-95 (2007).
- Taha, M. A., et al. Assessment of the efficacy of MRI for detection of changes in bone morphology in a mouse model of bone injury. J Magn Reson Imaging. 38 (1), 231-237 (2013).
- Haffner-Luntzer, M., et al. Evaluation of high-resolution In Vivo MRI for longitudinal analysis of endochondral fracture healing in mice. PLoS One. 12 (3), 0174283 (2017).
- Beckmann, N., Falk, R., Zurbrugg, S., Dawson, J., Engelhardt, P. Macrophage infiltration into the rat knee detected by MRI in a model of antigen-induced arthritis. Magn Reson Med. 49 (6), 1047-1055 (2003).
- Al Faraj, ., Shaik A, S. u. l. t. a. n. a., Pureza, A., A, M., Alnafea, M., Halwani, R. Preferential macrophage recruitment and polarization in LPS-induced animal model for COPD: noninvasive tracking using MRI. PLoS One. 9 (3), 90829 (2014).
- Rolle, A. M., et al. ImmunoPET/MR imaging allows specific detection of Aspergillus fumigatus lung infection in vivo. Proc Natl Acad Sci U S A. 113 (8), 1026-1033 (2016).
- Niemeyer, M., et al. Non-invasive tracking of human haemopoietic CD34(+) stem cells in vivo in immunodeficient mice by using magnetic resonance imaging. Eur Radiol. 20 (9), 2184-2193 (2010).
