Een efficiënte en reproduceerbare Protocol voor afleiding Osteogenesis in een Rat Model leidt tot een functionele geregenereerde dijbeen
Summary
Deze studie beschrijft een reproduceerbare en gedetailleerd protocol met behulp van een nieuw ontwikkelde externe fixator voor afleiding osteogenesis (doen) in een femorale rat model welke vergunningen fysiologische gewicht dragende door het behandelde dier na verwijdering van de externe fixator.
Abstract
Dit protocol beschrijft het gebruik van een nieuw ontwikkelde externe fixator voor afleiding osteogenesis in een rat femorale model. Afleiding osteogenesis (DO) is een chirurgische techniek leidt tot het bot regeneratie na een osteotomie. De osteotomized extremiteiten zijn afgestapt van elkaar door geleidelijke afleiding te bereiken van de gewenste rek. Deze procedure wordt het veel gebruikt bij de mens voor de onderste en bovenste ledematen verlenging, behandeling na een bot nonunion, of het herstel van een gebrek van de been na operatie voor bot tumor excisie, evenals in maxillofacial wederopbouw. Slechts een paar studies tonen duidelijk aan dat de efficiëntie van hun protocol bij het verkrijgen van een functionele geregenereerde bot, dat wil zeggen, bot die fysiologische gewicht dragende zonder breuk na verwijdering van de externe fixator zal ondersteunen. Bovendien, protocollen voor variëren en reproduceerbaarheid wordt beperkt door het gebrek aan informatie, maakt een vergelijking tussen studies moeilijk. Het doel van deze studie was het ontwikkelen van een reproduceerbare protocol bestaande uit een passende externe fixator ontwerp voor rat ledemaat verlenging, met een gedetailleerde chirurgische techniek waarmee fysiologische gewicht dragende door het behandelde dier na verwijdering van het externe fixatiemiddel.
Introduction
Afleiding osteogenesis (DO) is dat een chirurgische techniek gebruikte klinisch1,2,3,4 bij de mens voor lagere1,2 en bovenste3 verlenging van de ledemaat, behandeling na een bot nonunion, of het herstel van een gebrek van de been na operatie voor bot tumor besnijdenis zo goed zoals in maxillofacial wederopbouw4. DOEN leidt tot het bot regeneratie na plaatsing van een externe fixator in bot en osteotomie. De osteotomized extremiteiten zijn afgestapt van elkaar door geleidelijke afleiding2 te bereiken van de gewenste rek. Een periode van consolidatie volgt, gedurende welke er geen meer rek.
De-procedure is onderverdeeld in drie verschillende fasen: latency, afleiding en consolidatie. In het algemeen, een 7-daagse latentieperiode begint net na osteotomie4. Hierdoor is bone reparatie om te beginnen met de eerste stap van het helende proces4. De latentieperiode wordt gevolgd door een periode van afleiding waar tractie krachten worden toegepast op de geregenereerde eelt en de omliggende weke1,–2,4. Wanneer de gewenste rek is bereikt, begint de afleiding stopt en de consolidatieperiode. Tijdens deze periode, wordt de externe fixator gehandhaafd totdat de geregenereerde bot functioneel genoeg is ter ondersteuning van de verwijdering.
Verschillende parameters van beïnvloeden bot reparatie zoals lengte en aantal verlenging, soort externe fixator, frequentie van afleiding, lengte van de periode van consolidatie, of het type van mechanische stress toegepast op de afgeleid eelt. Als voorbeeld, het tarief en de frequentie van de verlenging, kunnen de voortijdige consolidatie5 of verstoring van het proces door het creëren van niet-terugvorderbare schade zoals necrotisch weefsel of cysten binnen de eelt6,7leiden.
Vele protocollen zijn toegepast op verschillende diermodellen8,9,10 om bot reparatie processen te bestuderen en te maximaliseren bot consolidatie. Bij ratten, de meeste studies11,12,13,14,15 gericht op hoe te korten van het-protocol door het versnellen van de consolidatie van de eelt. Sommige van deze experimentele studies gebruikt externe fixators al commercieel beschikbaar voor menselijke klinische toepassingen5,13,15,16. Deze soorten externe fixator zijn echter niet geschikt voor de op de rat dijbeen, dat verschillende anatomische kenmerken van het menselijke dijbeen vertoont. Bovendien, alleen een paar studies tonen duidelijk aan de efficiëntie van hun protocollen bij het verkrijgen van een functionele geregenereerde bot7,16. Daarom is het moeilijk te vergelijken van de resultaten van verschillende studies van de, als gevolg van hun verschillende protocollen en het ontbreken van informatie met betrekking tot de externe fixator12,13,14,17.
Dus, het doel van deze studie was om te beschrijven, in een rat-model, een efficiënte en reproduceerbare protocol voor DO op het dijbeen die tot een functionele geregenereerde bot leidt. Te dien einde ontwierpen we een zelfgemaakte en easy-to-use externe fixator vooral voor de rat dijbeen, die we in detail in dit protocol beschreven hebben. Bij het opstellen van de technische specificaties van dit apparaat, we hebben rekening gehouden alle fundamentele beperkingen voor een goede verdeling van de mechanische belasting en het voorkomen van de productie van residuele stress. De technische specificatie opgenomen een passende meetkunde voor het apparaat dat pure trekkracht op beenderen en omliggende weefsel, een passend gewicht voor de gang van het dier, de controle van de lengte van bot rek, en een goede afstemming van bot segmenten zonder productie van shear stress op het snijpunt van pennen en bot. Bovendien moest dit apparaat bruikbaar zonder sedatie van het dier tijdens afleiding, biocompatibel en steriliseerbare zonder schade. Na 7 weken van consolidatie, dit protocol voor DO op het dijbeen rat leidde tot een functionele geregenereerde bot, aangetoond door de dieren fysiologische gewicht dragende zonder breuk van de geregenereerde eelt na verwijdering van de externe fixator. De fysiologische gang van de dieren strookte met architecturale parameters verkregen uit micro-CT analyse van geregenereerde eelt en x-stralen analyse.
Protocol
Representative Results
Discussion
Deze studie beschrijft een reproduceerbare protocol bestaande uit een passende externe fixator ontwerp voor rat ledemaat verlenging, met een gedetailleerde chirurgische techniek waarmee fysiologische gewicht dragende door het behandelde dier na verwijdering van de externe fixator. Onze-protocol geleid tot een functionele geregenereerde bone. Na 47 dagen van consolidatie, deed verwijdering van de zelfgemaakte externe fixator en 2 dagen van fysiologische gewicht dragende door het behandelde dier niet induceren een fractuur…
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Dit werk werd gesteund en gefinancierd door de CNRS Mecabio uitdaging.
De auteurs bedanken de dierenverzorgers technicus voor de verzorging van de dieren tijdens de gehele procedure. De auteurs erkennen ook IVTV centrale Lyon, door Thierry Hoc. Dank aan Marjorie Sweetko voor herziening van de taal.
We zijn dankbaar Marylène Lallemand, Cécile Génovésio en Patrick Laurent voor hun bijdrage aan deze experimentele studie.
Materials
| Kétamine | Renaudin | 578 540-2 | Supply by animal house |
| Médétomidine | Virbac | 6799091 | Supply by animal house |
| Sevoflurane | Centravet | 567 477-2 | Supply by animal house |
| Buprenorphine | Indivor France | 3400932731060 | Supply by animal house |
| Enrofloxacine | ChannelPharmaceutical Facturing | FR/V/4955220 | Supply by animal house |
| Piezotome | Satelec Acteon | F57510 | |
| Heating pet pad | Therasage | AL8365936 | Supply by the animal house |
| Dental X-ray | S.A.R.L Innovation médicales et dentaires | WYZ – BLUEX | |
| Winiwix Software | Softys Dental | PFT | |
| Micro-CT system | nanoScan SPECT/CT | GEIT-31105EN (05/14) | Subcontract by IVTV central Lyon |
| Micro-CT analysis Software | phoenix datos X2 reconstruction | none | Free software |
| Electric razor | Brawn | GT415 | Supply by animal house |
| Senn’s retractors | Word Precision Instruments | 501718 | Blunt version |
| Betadine Solution | Mundipharma Medical Company | D08AG02 | Supply by animal house |
| Resorbable suture thread (5.0) | Ethicon | JV1023 | Supply by animal house |
| Rugine | Word Precision Instruments | 503406 | |
| Mayo-Hegar needle holder | Word Precision Instruments | V503382 | |
| Metal drill | Beuterlock | V020944018003 | |
| Micro Olsen-Hegar Needle-holder | Word Precision Instruments | 501989 | |
| Mayo scissor | Word Precision Instruments | 501752 | |
| Scalpel | Word Precision Instruments | 500236 | |
| Sprague-Dawley | Janvier | none | 12 weaks and male |
Riferimenti
- Jauregui, J. J., Ventimiglia, A. V., Grieco, P. W., Frumberg, D. B., Herznberg, J. E. Regenerate Bone stimulation following limb lengthening: a meta-analysis. BMC Musculoskelet Disord. 17 (1), 407 (2016).
- Morcos, M. W., Al-Jallad, H., Hamdy, R. Comprehensive review of Adipose Stem Cells and Their Implication in Distraction Osteogenesis and Bone Regeneration. Biomed Res Int. 2015 (842975), 1-20 (2015).
- Cansü, E., Ünal, M. B., Parmaksizoglu, F., Gürcan, S. Distraction lengthening of the proximal phalanx in distal thumb amputations. Acta Orthop Traumatol Turc. 49 (3), 227-232 (2014).
- Singh, M., Vashistha, A., Chaudhary, M., Kaur, G. Biological Basis of Distraction Osteogenesis – A Review. J Oral Maxillofac Surg Med Pathol. 28 (1), 1-7 (2016).
- Sailhan, F., Gleyzolle, B., Parot, R., Guerini, H., Viguier, E. Rh-BMP-2 in Distraction Osteogenesis: Dose Effect and Premature Consolidation. Injury. 41 (7), 680-686 (2010).
- Schiller, J. R., Moore, D. C., Ehrlich, M. G. Increased Lengthening Rate Decreases Expression of Fibroblast Growth Factor 2, Platelet-Derived Growth Factor, Vascular Endothelial Growth Factor, and CD31 in a Rat Model of Distraction Osteogenesis. J Pediatr Orthop. 27 (8), 961-968 (2007).
- Aronson, J., Shen, X. C., Skinner, R. A., Hogue, W. R., Badger, T. M., Lumpkin, C. K. Rat Model of Distraction Osteogenesis. J Orthop Res. 15 (2), 221-226 (1997).
- Aida, T., Yoshioka, I., Tominaga, K., Fukuda, J. Effects of latency period in a rabbit mandibular distraction osteogenesis. Int J Oral Maxillofac Surg. 32, 54-62 (2003).
- Lammens, J., Liu, Z., Aerssend, J., Dequeker, J., Fabry, G. distraction Bone Healing Versus Osteotomy Healing: A Comparative Biochemical Analysis. J Bone Miner Res. 13 (2), 279-286 (1998).
- Isefuku, S., Joyner, C. J., Simpson, A. H. R. W. A Murine Model of Distraction Osteogenesis. Bone. 27 (5), 661-665 (2000).
- Eberson, C. P., Hogan, K. A., Moore, D. C., Ehrlich, M. G. Effect of Low-Intensity Ultrasound Stimulation on Consolidation of the Regenerate Zone in a Rat Model of Distraction Osteogenesis. J Pediatr Orthop. 23 (1), 46-51 (2003).
- Özdel, A., Sarisözen, B., Yalçinkaya, U., Demirag, B. The Effect of HIF Stabilizer on Distraction Osteogenesis. Acta Orthop Traumatol Turc. 49 (1), 80-84 (2015).
- Takamine, Y., et al. Distraction Osteogenesis Enhanced by Osteoblastlike Cells and Collagen Gel. Clin Orthop Relat Res. 399, 240-246 (2002).
- Wang, X., Zhu, S., Jiang, X., Li, Y., Song, D., Hu, J. Systemic Administration of Lithium Improves Distracted Bone Regeneration in Rats. Calcif Tissue Int. 96 (6), 534-540 (2015).
- Xu, J., et al. Human Fetal Mesenchymal Stem Cell Secretome Enhances Bone Consolidation in Distraction Osteogenesis. Stem Cell Res Ther. 7 (1), (2016).
- Yasui, N., et al. Three Modes of Ossification during Distraction Osteogenesis in the Rat. Bone Joint J. 79 (5), 824-830 (1997).
- Chang, F., et al. Stimulation of EP4 Receptor Enhanced Bone Consolidation during Distraction Osteogenesis. J Orthop Res. 25 (2), 221-229 (2007).
- Nyman, J. S., et al. Quantitative Measures of Femoral Fracture Repair in Rats Derived by Micro-Computed Tomography. J Biomech. 42 (7), 891-897 (2009).
- Hsu, J. T., Wang, S. P., Huang, H. L., Chen, Y. J., Wu, J., Tsai, M. T. The assessment of trabecular bone parameters and cortical bone strength: a comparison of micro-CT and dental cone-beam CT. J Biomech. 46, 2611-2618 (2013).
- Xue, J., et al. NELL1 Promotes High-Quality Bone Regeneration in Rat Femoral Distraction Osteogenesis Model. Bone. 48 (3), 485-495 (2011).
- Mark, H., Bergholm, J., Nilsson, A., Rydevik, B., Strömberg, L. An External Fixation Method and Device to Study Fracture Healing in Rats. Acta Orthop. 74 (4), 476-482 (2003).
