A الجرذ النمو الشظية لوحة الإصابات نموذج لتوصيف آليات الإصلاح وتقييم استراتيجيات تجديد لوحة النمو
Summary
لوحة النمو هي منطقة غضروفية في العظام الطويلة للأطفال حيث يحدث النمو الطولي. عندما يصيب، يمكن أن تشكل الأنسجة العظمية وتضعف النمو. نحن تصف نموذج الفئران من إصابة لوحة النمو الذي يؤدي إلى الأنسجة إصلاح عظمي، مما يسمح لدراسة آليات إصلاح واستراتيجيات النمو لوحة تجديد.
Abstract
ثلث جميع كسور الأطفال تنطوي على لوحة النمو ويمكن أن يؤدي إلى ضعف نمو العظام. لوحة النمو (أو فيسيس) هو أنسجة الغضاريف الموجودة في نهاية كل العظام الطويلة في الأطفال التي هي المسؤولة عن نمو العظام الطولية. مرة واحدة التالفة، والأنسجة الغضروف داخل لوحة النمو يمكن أن يخضع التحجر السابق لأوانه وتؤدي إلى الأنسجة غير المرغوب فيها إصلاح عظمي، الذي يشكل "شريط عظمي". في بعض الحالات، وهذا شريط عظمي يمكن أن يؤدي إلى تشوهات نمو العظام، مثل التشوهات الزاوي، أو أنه يمكن أن يوقف تماما نمو العظام الطولية. لا يوجد حاليا أي علاج السريرية التي يمكن إصلاح تماما لوحة النمو المصاب. باستخدام نموذج حيواني من إصابة لوحة النمو لفهم أفضل للآليات الكامنة وراء تشكيل شريط عظمي وتحديد سبل لمنعها هو فرصة عظيمة لتطوير علاجات أفضل للإصابات لوحة النمو. يصف هذا البروتوكول كيفية تعطيل الفئران القريبة لوحة النمو الظنبوب باستخدام عيب حفر حفرة. هذا سمال الحيوان نموذج موثوق تنتج قضيب عظمي ويمكن أن يؤدي إلى تشوهات النمو مماثلة لتلك التي ينظر إليها في الأطفال. هذا النموذج يسمح للتحقيق في الآليات الجزيئية لتشكيل شريط عظمي ويخدم كوسيلة لاختبار خيارات العلاج المحتملة للإصابات لوحة النمو.
Introduction
إصابات لوحة النمو تمثل 30٪ من جميع كسور الأطفال ويمكن أن يؤدي إلى ضعف نمو العظام 1 . بالإضافة إلى الكسور، قد تكون ناجمة عن إصابات لوحة النمو من مسببات أخرى، بما في ذلك التهاب العظم والنقي 2 ، أورام العظام الأولية 3 ، والإشعاع والعلاج الكيميائي 4 ، والضرر علاجي المنشأ 5 . لوحة النمو (أو فيسيس) هي منطقة الغضروف في نهاية العظام الطويلة للأطفال التي هي المسؤولة عن نمو العظام الطولية. فإنه يدفع استطالة العظام من خلال التحجر الغضروفي. تشوندروسيتس الخضوع انتشار وتضخم ثم يتم تشكيلها من قبل أوستيوبلاستس واردة لتشكيل العظام التربيقية 6 . لوحة النمو هي أيضا منطقة ضعيفة من هيكل عظمي النامية، مما يجعلها عرضة للإصابة. القلق الرئيسي مع كسور لوحة النمو أو الإصابات هو أن الأنسجة الغضروف التالفة داخل لوحة النمو يمكن به استبدال الأنسجة غير المرغوب فيها إصلاح عظمي، المعروف أيضا باسم "شريط عظمي". اعتمادا على حجمها وموقعها داخل لوحة النمو، يمكن أن يؤدي شريط عظمي إلى تشوهات الزاوي أو وقف النمو الكامل، وهو عقبة مدمرة للأطفال الصغار التي لم تصل بعد ارتفاعها الكامل 7 .
لا يوجد حاليا أي علاج يمكن أن إصلاح تماما لوحة النمو المصاب. مرة واحدة أشكال شريط عظمي، يجب على الطبيب يقرر ما إذا كان أو لم يكن جراحيا إزالته 8 . المرضى الذين يعانون من 2 سنوات على الأقل أو 2 سم من النمو الهيكل العظمي المتبقية ومع شريط عظمي الذي يمتد أقل من 50٪ من منطقة لوحة النمو وعادة ما تكون مرشحة لعظم بار استئصال 8 . إزالة الجراحي من شريط عظمي في كثير من الأحيان تليها تدخل من الكسب غير المشروع الدهون الذاتية لمنع إصلاح الأنسجة العظمية والسماح لوحة النمو غير المصحوب المحيطة لاستعادة النمو. ومع ذلك، هذه التقنيات هي بروبلإماتيك وغالبا ما تفشل، مما يؤدي إلى تكرار عظمي بار واستمرار التأثير السلبي على النمو 9 . هناك حاجة ماسة لتطوير العلاجات الفعالة التي لا تمنع فقط تشكيل شريط عظمي، ولكن أيضا تجديد لوحة الغضروف النمو، وبالتالي استعادة استطالة العظام الطبيعية.
الآليات الجزيئية الكامنة وراء تشكيل شريط عظمي لم يتم توضيحها بالكامل. إن الفهم الأكبر لهذه الآليات البيولوجية يمكن أن يؤدي إلى تدخلات علاجية أكثر فعالية للأطفال الذين يعانون من إصابات لوحة النمو. منذ دراسة هذه الآليات في البشر من الصعب، وقد استخدمت نماذج حيوانية، وخاصة نموذج الفئران من إصابة لوحة النمو 10 ، 11 ، 12 ، 13 ، 14 ، 15 ، 16 . الطريقة المعروضة في هذايصف ورقة كيف عيب حفرة في لوحة نمو الفخذ الظنبوب يؤدي إلى الأنسجة إصلاح يمكن التنبؤ بها وقابلة للتكرار التي تبدأ التحجر في وقت مبكر بعد 7 أيام بعد الإصابة ويشكل شريط عظمي ناضجة تماما مع إعادة عرض في 28 يوما بعد الاصابة 10 . وهذا يوفر حيوان صغير في نموذج الجسم الحي الذي لدراسة الآليات البيولوجية لتشكيل شريط عظمي، وكذلك لتقييم العلاجات الجديدة التي يمكن أن تمنع شريط عظمي و / أو تجديد غضروف لوحة النمو. على سبيل المثال، يمكن استخدام هذا النموذج لاختبار المواد الحيوية تشوندروجيك التي يمكن تجديد لوحة الغضروف النمو وتقديم علاج قيمة للأطفال الذين يعانون من إصابات لوحة النمو. سوف التقنيات المعروضة في هذه الورقة تصف الطرق الجراحية المستخدمة لإنتاج إصابة لوحة النمو والتسليم اللاحق من المواد الحيوية إلى موقع الإصابة. وسوف نناقش أيضا أساليب لتقييم تشكيل شريط عظمي وإصلاح الأنسجة.
Protocol
Representative Results
Discussion
نموذج نمو إصابة لوحة الحيوان يضيف إلى حد كبير إلى فهمنا للآليات البيولوجية لهذه الإصابة، مما يحتمل أن يؤدي إلى التدخلات العلاجية أكثر فعالية للأطفال الذين يعانون من إصابات لوحة النمو. لإنشاء بنجاح شريط عظمي ودراسة تشكيله في الجسم الحي باستخدام النموذج المعروض …
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
ويعترف المؤلفون بدعم التمويل من المعهد الوطني لالتهاب المفاصل والأمراض العظمية الهيكلية والجلدية في المعاهد الوطنية للصحة (نيه) بموجب الجائزة رقم R03AR068087، وصندوق الإثراء الأكاديمي من كلية الطب كولورادو جامعة، ومركز غيتس للطب التجديدي . وأيد هذا العمل أيضا من قبل المعاهد الوطنية للصحة / نكاتس كولورادو كتسا رقم المنحة UL1 TR001082. محتويات هي مسؤولية المؤلفين وحدها ولا تمثل بالضرورة وجهات نظر المعاهد الوطنية للصحة الرسمية.
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 |
Riferimenti
- Mann, D. C., Rajmaira, S. Distribution of physeal and nonphyseal fractures in 2,650 long-bone fractures in children aged 0-16 years. J Pediatr Orthop. 10 (6), 713-716 (1990).
- Browne, L. P., et al. Community-acquired staphylococcal musculoskeletal infection in infants and young children: necessity of contrast-enhanced MRI for the diagnosis of growth cartilage involvement. AJR Am J Roentgenol. 198 (1), 194-199 (2012).
- Weitao, Y., Qiqing, C., Songtao, G., Jiaqiang, W. Epiphysis preserving operations for the treatment of lower limb malignant bone tumors. Eur J Surg Oncol. 38 (12), 1165-1170 (2012).
- Butler, M. S., Robertson, W. W., Rate, W., D’Angio, G. J., Drummond, D. S. Skeletal sequelae of radiation therapy for malignant childhood tumors. Clin Orthop Relat Res. (251), 235-240 (1990).
- Shapiro, F. Longitudinal growth of the femur and tibia after diaphyseal lengthening. J Bone Joint Surg Am. 69 (5), 684-690 (1987).
- Kronenberg, H. M. Developmental regulation of the growth plate. Nature. 423 (6937), 332-336 (2003).
- Dodwell, E. R., Kelley, S. P. Physeal fractures: basic science, assessment and acute management. Orthopaedics and Trauma. 25 (5), 377-391 (2011).
- Khoshhal, K. I., Kiefer, G. N. Physeal bridge resection. J Am Acad Orthop Surg. 13 (1), 47-58 (2005).
- Hasler, C. C., Foster, B. K. Secondary tethers after physeal bar resection: a common source of failure. Clin Orthop Relat Res. (405), 242-249 (2002).
- Xian, C. J., Zhou, F. H., McCarty, R. C., Foster, B. K. Intramembranous ossification mechanism for bone bridge formation at the growth plate cartilage injury site. J Orthop Res. 22 (2), 417-426 (2004).
- Chen, J., et al. Formation of tethers linking the epiphysis and metaphysis is regulated by vitamin d receptor-mediated signaling. Calcif Tissue Int. 85 (2), 134-145 (2009).
- Coleman, R. M., Schwartz, Z., Boyan, B. D., Guldberg, R. E. The therapeutic effect of bone marrow-derived stem cell implantation after epiphyseal plate injury is abrogated by chondrogenic predifferentiation. Tissue Eng Part A. 19 (3-4), 475-483 (2013).
- Chung, R., Foster, B. K., Xian, C. J. The potential role of VEGF-induced vascularisation in the bony repair of injured growth plate cartilage. J Endocrinol. 221 (1), 63-75 (2014).
- Coleman, R. M., et al. Characterization of a small animal growth plate injury model using microcomputed tomography. Bone. 46 (6), 1555-1563 (2010).
- Macsai, C. E., Hopwood, B., Chung, R., Foster, B. K., Xian, C. J. Structural and molecular analyses of bone bridge formation within the growth plate injury site and cartilage degeneration at the adjacent uninjured area. Bone. 49 (4), 904-912 (2011).
- Su, Y. W., et al. Neurotrophin-3 Induces BMP-2 and VEGF Activities and Promotes the Bony Repair of Injured Growth Plate Cartilage and Bone in Rats. J Bone Miner Res. , (2016).
- Zhou, F. H., Foster, B. K., Sander, G., Xian, C. J. Expression of proinflammatory cytokines and growth factors at the injured growth plate cartilage in young rats. Bone. 35 (6), 1307-1315 (2004).
- Sayers, D., Volpin, G., Bentley, G. The demonstration of bone and cartilage remodelling using alcian blue and hematoxylin. Biotechnic & Histochemistry. 63 (1), 59-63 (1988).
- Riederer, M. S., Requist, B. D., Payne, K. A., Way, J. D., Krebs, M. D. Injectable and microporous scaffold of densely-packed, growth factor-encapsulating chitosan microgels. Carbohydrate Polymers. 152, 792-801 (2016).
- Lee, M. A., Nissen, T. P., Otsuka, N. Y. Utilization of a murine model to investigate the molecular process of transphyseal bone formation. J Pediatr Orthop. 20 (6), 802-806 (2000).
- Coleman, R. M., et al. Characterization of a small animal growth plate injury model using microcomputed tomography. Bone. 46 (6), 1555-1563 (2010).
- Lee, S. U., Lee, J. Y., Joo, S. Y., Lee, Y. S., Jeong, C. Transplantation of a Scaffold-Free Cartilage Tissue Analogue for the Treatment of Physeal Cartilage Injury of the Proximal Tibia in Rabbits. Yonsei Med J. 57 (2), 441-448 (2016).
- Planka, L., et al. Nanotechnology and mesenchymal stem cells with chondrocytes in prevention of partial growth plate arrest in pigs. Biomed Pap Med Fac Univ Palacky Olomouc Czech Repub. 156 (2), 128-134 (2012).
- Hansen, A. L., et al. Growth-plate chondrocyte cultures for reimplantation into growth-plate defects in sheep. Characterization of cultures. Clin Orthop Relat Res. (256), 286-298 (1990).
- Cepela, D. J., Tartaglione, J. P., Dooley, T. P., Patel, P. N. Classifications In Brief: Salter-Harris Classification of Pediatric Physeal Fractures. Clin Orthop Relat Res. , (2016).
- Salter, R. B., Harris, W. R. Injuries Involving the Epiphyseal Plate. The Journal of Bone & Joint Surgery. 83 (11), 1753 (2001).
- Chung, R., Foster, B. K., Zannettino, A. C., Xian, C. J. Potential roles of growth factor PDGF-BB in the bony repair of injured growth plate. Bone. 44 (5), 878-885 (2009).
- Fischerauer, E., Heidari, N., Neumayer, B., Deutsch, A., Weinberg, A. M. The spatial and temporal expression of VEGF and its receptors 1 and 2 in post-traumatic bone bridge formation of the growth plate. J Mol Histol. 42 (6), 513-522 (2011).
- Chung, R., Cool, J. C., Scherer, M. A., Foster, B. K., Xian, C. J. Roles of neutrophil-mediated inflammatory response in the bony repair of injured growth plate cartilage in young rats. J Leukoc Biol. 80 (6), 1272-1280 (2006).
- Chung, R., et al. Roles of Wnt/beta-catenin signalling pathway in the bony repair of injured growth plate cartilage in young rats. Bone. 52 (2), 651-658 (2013).
- Zhou, F. H., Foster, B. K., Zhou, X. F., Cowin, A. J., Xian, C. J. TNF-alpha mediates p38 MAP kinase activation and negatively regulates bone formation at the injured growth plate in rats. J Bone Miner Res. 21 (7), 1075-1088 (2006).
- Arasapam, G., Scherer, M., Cool, J. C., Foster, B. K., Xian, C. J. Roles of COX-2 and iNOS in the bony repair of the injured growth plate cartilage. J Cell Biochem. 99 (2), 450-461 (2006).
