A Rat Tibial Growth Plate Injury Model til at karakterisere reparationsmekanismer og evaluere vækstpladens regenereringsstrategier

Summary

Vækstpladen er en bruskhinde i børns lange knogler, hvor langsgående vækst forekommer. Når det er skadet, kan knoglevæv danne og forringe væksten. Vi beskriver en rottemodel af vækstpladeskader, der fører til knoglet reparationsvæv, hvilket gør det muligt at studere reparationsmekanismer og vækstpladens regenereringsstrategier.

Abstract

En tredjedel af alle pædiatriske frakturer involverer vækstpladen og kan resultere i nedsat knoglevækst. Vækstpladen (eller physis) er bruskvæv fundet ved enden af ​​alle lange knogler hos børn, som er ansvarlig for langsgående knoglevækst. Når det er beskadiget, kan bruskvæv inden for vækstpladen undergå for tidlig henvendelse og føre til uønsket benagtigt reparationsvæv, som danner en "bony bar". I nogle tilfælde kan denne knoglebjælke resultere i knoglevækst deformiteter, såsom vinkeldeformiteter, eller det kan helt stoppe langsgående knoglevæksten. Der er i øjeblikket ingen klinisk behandling, som fuldt ud kan reparere en skadet vækstplade. Ved hjælp af en dyremodel af vækstpladeskade for bedre at forstå de mekanismer, der ligger til grund for bonybardannelse og at identificere måder at hæmme på, er det en god mulighed for at udvikle bedre behandlinger for vækstpladeskader. Denne protokol beskriver, hvordan man forstyrrer den rotte proximale tibial vækstplade ved hjælp af en borehulsdefekt. Denne smaLl dyremodel producerer pålideligt en benstang og kan resultere i vækstdeformiteter svarende til dem, der ses hos børn. Denne model giver mulighed for undersøgelse af de molekylære mekanismer for knoglestangdannelse og tjener som et middel til at teste potentielle behandlingsmuligheder for vækstpladeskader.

Introduction

Vækstpladeskader udgør 30% af alle pædiatriske frakturer og kan resultere i nedsat knoglevækst ¹ . Ud over brud kan vækstpladeskader være forårsaget af andre ætiologier, herunder osteomyelitis ² , primære knogletumorer ³ , stråling og kemoterapi ⁴ og iatrogene skader ⁵ . Vækstpladen (eller physis) er en bruskregion i slutningen af ​​børns lange knogler, som er ansvarlig for langsgående knoglevækst. Det kører knogleforlængelse gennem endokondralbenifikation Chondrocytter gennemgår proliferation og hypertrofi og omdannes derefter ved indkommende osteoblaster til dannelse af trabekulær knogle ⁶ . Vækstpladen er også et svagt område af det udviklende skelet, hvilket gør det udsat for skade. Den største bekymring med væksten plade frakturer eller skader er, at det beskadigede bruskvæv inden for vækstpladen kan bE erstattet med uønsket benagtigt reparationsvæv, også kendt som en "bony bar". Afhængig af dens størrelse og placering inden for vækstpladen kan den bony bar føre til vinkeldeformiteter eller komplet vækststop, en ødelæggende sequela for små børn, der endnu ikke har nået deres fulde højde ⁷ .

Der er i øjeblikket ingen behandling, der fuldt ud kan reparere en skadet vækstplade. Når knoglerne er dannet, skal klinikeren afgøre, om den skal fjernes kirurgisk eller ej. Patienter med mindst 2 år eller 2 cm tilbageværende skeletvækst og med en benstang, der spænder mindre end 50% af vækstpladsområdet, er sædvanligvis kandidater til bony bar resection ⁸ . Kirurgisk fjernelse af benbenet efterfølges ofte af interpolering af et autologt fedttransplantat for at forhindre reformering af det knoglede væv og at tillade den omgivende ujordede vækstplade at genoprette væksten. Imidlertid er disse teknikker problEmatisk og ofte fejler, hvilket fører til tilbagevenden af ​​knogler og fortsat negativ effekt på vækst ⁹ . Der er et kritisk behov for at udvikle effektive behandlinger, som ikke kun forhindrer knoglespringdannelse, men også regenererer vækstbruskebroen og genopretter normal knogleforlængelse.

De molekylære mekanismer, der ligger til grund for bonybardannelse, er endnu ikke fuldt ud belyst. En større forståelse af disse biologiske mekanismer kan føre til mere effektive terapeutiske indgreb for børn, der lider af vækstpladeskader. Da det er svært at studere disse mekanismer hos mennesker, er dyremodeller blevet anvendt, især rottemodellen for vækstpladeskader ^{10 , 11 , 12 , 13 , 14 , 15 , 16} . Metoden præsenteret i dettePapir beskriver, hvordan en borehulsdefekt i rotte-tibial vækstpladen fører til forudsigeligt og reproducerbart reparationsvæv, der begynder at blive vendt så tidligt som 7 dage efter skaden og danner en fuldt moden knoglestang med remodeling 28 dage efter skade ¹⁰ . Dette tilvejebringer et lille dyr in vivo model, hvor man studerer de biologiske mekanismer for knoglebjælkens dannelse såvel som at evaluere nye terapier, der kunne forhindre knoglebjælken og / eller regenerere vækstpladskrækken. For eksempel kan denne model bruges til at teste chondrogene biomaterialer, som kan regenerere vækstpladskræbel og tilbyde værdifuld behandling for børn, der lider af vækstpladeskader. De teknikker, der præsenteres i dette papir, beskriver de kirurgiske metoder, der anvendes til at producere vækstpladeskade og den efterfølgende levering af biomaterialer til skadestedet. Vi vil også diskutere metoder til vurdering af knoglet bar formation og reparation væv.

Protocol

Alle dyreprocedurer skal godkendes af det lokale institut for dyrepleje og brug (IACUC). Dyreprotokollen til den følgende procedure blev godkendt af University of Colorado Denver IACUC. 1. få rotter BEMÆRK: Medmindre genetisk modificerede dyr er ønsket, er 6 uger gamle, skeletmæssigt umodne Sprague-Dawley rotter påkrævet på operationstidspunktet. Andre stammer kunne potentielt anvendes; De fleste offentliggjorte undersøgelser er imidlertid blevet udført p…

Representative Results

Succesfuld vækstpladeskade ved anvendelse af denne metode indebærer forstyrrelsen af ​​midten af ​​tibialvækstpladen uden at forstyrre ledbruskoverfladen. Bony reparationsvæv er blevet rapporteret at begynde på ca. 7 dage efter skaden og bliver fuldt udviklet af 28 dage efter skaden 13 , som visualiseret ved mikro-computertomografi (mikro CT) ( figur 2 ). Selv om disse tidspunkter blev valgt her for at vise begyndelsen og modningen af…

Discussion

En dyrkningsmodel med vækstpladeskader bidrager meget til vores forståelse af de biologiske mekanismer i denne skade, hvilket potentielt fører til mere effektive terapeutiske interventioner til børn, der lider af skader på vækstpladerne. For at kunne oprette en knoglestang og studere dens dannelse in vivo ved hjælp af modellen fremlagt i dette værk er det kritisk at forstyrre vækstpladen ved at bore til en tilstrækkelig dybde uden at forstyrre leddbrusk. Variation i kirurgisk implementering blandt dyr…

Materials

Scalpel handle	McKesson	MCK42332500
Needle holder	Stoelting	RS-7824
Adson tissue forceps	Sklar	50-3048
Iris Scissors	Sklar	47-1246
Rotary Tool	Dremel	7700	Variable speed rotary tool
Keyless Rotary Tool Chuck	Dremel	4486
Dental Burs	Dental Burs USA	FG6	Round carbide bur, ≤2mm
Steinmann pins	Simpex Medical	T-078
Hair clippers	Wahl	5537N
3-0 PGA surutes	Oasis	MV-J398-V
Sterile gauze 2×2"	Covidien	441211
Povidone Iodine	McKesson	922-00801
Sterile saline	Vetone	510224
10 ml luer lock syringe	Becton Dickinson	309604
23 gauge needle	Becton Dickinson	305145
Isopropyl alcohol pads	Dynarex	1113
Isoflurane	IsoFlo	30125-2
Caliper	Mitutoyo	500-196-30
Carprofen	Rimadyl	27180
Buprenorphine	Par Pharmaceuticals Inc	NDC 42023-179
Fenestrated Surgical Drape	McKesson	25-517
Surgical Gloves	Uline	S-20204
#15 Scalpel Blade	Aven	44044
9mm wound clips	Fine Science Tools	12032-09
Reflex clip applier	World Precision Instruments	500345
Absorbant underpads	McKesson	MON 43723110
Tec 3 Iso Vaporizer	VetEquip	911103
Germinator 500	Braintree Scientific	GER 5287-120V
Warm water recirculator	Kent Scientific	TP-700
Absorbent Underpads	Medline Industries	MSC281230