Поколение закрытых переломов бедренной мышей: модель для изучения кости Исцеление
Summary
Модель мышиных закрытых переломов бедренной кости является мощную платформу для изучения заживление перелома и роман терапевтических стратегий для ускорения регенерации костной ткани. Цель этого хирургического протокола является сформировать односторонних закрытых переломов бедренной мышей с использованием Интрамедуллярные стальной стержень для стабилизации бедренной кости.
Abstract
Переломы костей накладывают огромное социально экономическое бремя на пациентов, в дополнение к значительно влияющих на качество их жизни. Терапевтические стратегии, которые способствуют эффективной кости Исцеление несуществующих и пользуется большим спросом. Эффективное и воспроизводимые животных моделей Переломы исцеление необходимы для понимания сложные биологические процессы, связанные с костной регенерации. Многие животные модели заживление перелома были созданы за годы; Однако мышиных перелом модели недавно превратились в мощные инструменты для изучения кости Исцеление. Разработан целый ряд открытых и закрытых моделей, но закрытых переломов бедренной модель выделяется как простой метод для создания быстрого и воспроизводимые результаты физиологически соответствующим образом. Цель этого хирургического протокола является генерировать односторонних закрытых переломов бедренной мышей и способствовать стабилизации после переломов бедренной кости, вставив Интрамедуллярные стальной стержень. Хотя устройства, такие как гвоздя или шурупа предлагают большей осевой и вращения стабильности, использование стержня Интрамедуллярные обеспечивает достаточно стабилизации для последовательного исцеления результатов без производства новых дефектов в костной ткани или повреждения близлежащих мягкая ткани. Радиографические изображения используется для отслеживания прогрессирования каллуса формирования, костлявая союза и последующих Ремоделирование костной каллуса. Кость заживление результаты обычно связаны с силой исцеления кости и измеряется с торсионной тестирования. Тем не менее понимание ранней клеточном и молекулярном события, связанные с перелом ремонт имеет решающее значение в исследовании регенерации костной ткани. Закрытых переломов бедренной модели мышей с креплением Интрамедуллярные служит привлекательной платформой для изучения заживление перелома костей и оценки терапевтических стратегий для ускорения заживления.
Introduction
Переломы относятся к числу наиболее распространенных травмы, нарушения опорно-двигательного аппарата и связаны с огромным социально-экономическое бремя, включая расходы на лечение, которые, согласно прогнозам, превысит 25 миллиардов долларов ежегодно в Соединенных Штатах1, 2. Хотя большинство Переломы заживают без инцидентов, исцеление ассоциируется с существенной простоев и потери продуктивности. Приблизительно 5-10% от всех переломов привести к задержки исцеления или не входящих в союз, из-за возраста или других основных хронических заболеваний, например, остеопороз и сахарный диабет3,4,5. Не FDA утвержденных фармакологических препаратов в настоящее время доступны для содействия эффективной кости Исцеление и сократить время восстановления.
Заживление перелома-это сложный и весьма динамичный процесс, предусматривающий координацию нескольких типов клеток. Следовательно полное понимание клеточном и молекулярном событий, связанных с костной регенерации имеет решающее значение для идентификации терапевтических целей, которые ускоряют этот процесс. Как с другими заболеваний человека, создание очень поддаются и воспроизводимые модели животных имеет решающее значение в исследовании заживления кости. Крупные животные, такие как овец и свиней, костного ремоделирования свойства и биомеханики, похожи на людей, но дорого, требуют значительного времени исцеления и не легко поддаются генетические манипуляции6. С другой стороны малые животные модели, как крыс и мышей, предлагают много преимуществ, включая простоту обработки, низкие затраты на техническое обслуживание, короткие разведения циклы и короче исцеление время7. Кроме того в геноме мыши полностью виртуализированных, позволяя для быстрой манипуляции и поколение генетических вариантов. Таким образом мышь является мощной модели системы для изучения человека заболевания, травмы и ремонт8. В организме человека сопутствующих заболеваний, как сахарный диабет и остеопороз повышают вероятность задержки исцеления. Количество существующих моделей мыши доступны для изучения последствий сопутствующих заболеваний, таких как сахарный диабет и остеопороз костей травмы и исцеления. Пациентов, страдающих от остеопороза у заметно снижение костной формирование на более поздних этапах перелом исцеление9. Ovariectomized (OVX) мышах exhibit быстрый костной потери и задержки кости Исцеление близка к соотношению в постменопаузальный остеопороз10,11. Кроме того многие модели мыши типа I и типа II диабета имитировать низкой костной массы фенотипы и заживление перелома зрением, видел в людях11. Кроме того мышиных перелом модели служат универсальная платформа для изучения сложных биологических процессов, происходящих в каллуса и исследовать новые терапевтические стратегии, которые ускоряют регенерацию костной ткани.
Несмотря на различия в структуре костей и метаболизма, общего процесса перелом кости Исцеление остается очень похож на мышей и людей, включая сочетание endochondral и intramembranous оссификации, следуют костного ремоделирования. Endochondral окостенение включает в себя набор прогениторных клеток менее механически стабильных регионов, окружающих перелом разрыв, где они дифференцируют в хрящевые клетки, гипертрофия и минерализации хряща для производства мягких мозолей. Вторая волна прогениторных клеток проникнуть каллуса и дифференцироваться в зрелых остеобластов, которые выделяют новые кости матрица12,13,14,15. Во время intramembranous оссификации прародителей на периостальной и endosteal поверхностях непосредственно дифференцироваться в матрицу, секретирующих остеобластов и облегчить преодоление перелом разрыв9,11,12 ,13. Вместе endochondral и intramembranous ossifications привести к разработке жестких мозолей, который далее перестроенный со временем сформировать сильный вторичных кости, поддерживающие механические нагрузки13,14 ,15. В здоровых людей процесс выздоровления занимает около 3 месяцев, по сравнению с лишь 35 дней в мышей16.
Заживление перелома обычно изучено с помощью либо открытые или закрытые хирургические модели17. Открытые хирургические подходы, такие как поколение критически размера дефекта или завершить остеотомия, стандартизировать травмы местоположения и геометрии для уменьшения отклонений, вызванных измельчённого переломов. Остеотомия служат прекрасной моделью для изучения базового механизма за-союз, потому что исцеление часто задерживается по сравнению с закрытых переломов. Кроме того жесткой внешней фиксации необходим для стабилизации osteotomized кости, что означает, что восстановление будет зависеть прежде всего от intramembranous окостенения. Открытые хирургические подходы использовать устройства, такие как замок ногти, ПИН клипы и фиксирующие пластины для предоставления осевой и вращения стабильности переломом конечностей; Однако такие устройства являются дорогостоящими и требуют значительно больше времени в хирургии18,19,,2021. С другой стороны закрытые модели стабилизированы с простой Интрамедуллярные фиксатор, позволяя достаточно нестабильности для стимулирования endochondral исцеления. В результате закрытый перелом модели не легко имитировать условия-союз. Внутренней фиксации методы, такие как Интрамедуллярные штифты, гвозди и винты сжатия, выгодны, поскольку они являются дешевой и простой в использовании и свести к минимуму время в хирургии21,,2223. В некоторых случаях Интрамедуллярные штифты вставляются до перелома, но изгиб Интрамедуллярные pin может привести к поворота или перемещения перелом бедренной кости, способствуя размер переменной каллуса и исцеления. Перелом местоположения и геометрии являются более трудно стандартизировать в закрытых модели, как они создаются с помощью 3 точка изгиба устройства, которой вес упал на диафиза. Однако с правильной техники, этот хирургический подход предлагает быстрое и последовательные результаты. Кроме того модель закрытых переломов служит клинически значимых инструмент для изучения переломов, вызванных высокой силы удара или механическому22.
Этот хирургический протокол был адаптирован от ранее описанных методов, с помощью закрепления Интрамедуллярные стабилизировать переломом бедра у крыс и мышей22,24,25. Во-первых Интрамедуллярные иглы малого диаметра вставляется через паз intracondylar, чтобы установить точку входа, и проволочного вводится до создания поперечный перелом в бедренной midshaft, с помощью гравитации зависимых три point приспособление для гибки. После успешного создания закрытый перелом бедренной Интрамедуллярные стержень большего диаметра включена через проволочный направитель для стабилизации перелом бедренной кости. Этот метод позволяет избежать риска задержки исцеления, вызванные углы Интрамедуллярные ПИН во время разрушения, как размещение после переломов стержня позволяет пересмотр и оптимизированный стабилизации потерпевшего бедренной кости.
Protocol
Representative Results
Discussion
Цель этой хирургической процедуры — для создания стандартизированных закрытых переломов бедренной мышей. Основным преимуществом этой модели является, что внутренняя фиксация происходит после поколения перелом, тем самым избегая углы Интрамедуллярные стержня. Возможно наиболее важ?…
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Эта работа была поддержана от грантов от министерства обороны (DoD) нас армия медицинских исследований и техники команды (USAMRMC) Конгрессом направлено медицинских исследований программы (CDMRP) (PR121604) и национальных институтов артрита Musculoskeletal и кожных заболеваний (NIAMS), AR068332 низ R01 до ума Sankar.
Materials
| Oster Minimax Trimmer | Animal World Network | 78049-100 | |
| POVIDONE-IODINE | Thermo Fisher Scientific | 395516 | |
| OPHTHALMIC OINTMENT | Thermo Fisher Scientific | NC0490117 | |
| Styker T/Pump Warm Water Recirculator | Kent Scientific Corporation | TP-700 | |
| 1ml Sub-Q Syringe | Thermo Fisher Scientific | 309597 | |
| ENCORE Sensi-Touch PF | Moore Medical LLC | 30347 | Latex, powder-free surgical glove |
| PrecisionGlide 25G Hypodermic Needles | Thermo Fisher Scientific | 14-826-49 | |
| Ultra-High-Temperature Tungsten Wire, | McMaster-Carr | 3775K37 | 0.005" Diameter, 1/16 lb. Spool, 380' Long |
| 304 stainless steel, 24G thin walled tubing | Microgroup Inc | 304h24tw-5ft | |
| #15 Scalpel Blades | Fine Science Tools | 10015-00 | |
| #10 Scalpel Blades | Fine Science Tools | 10010-00 | |
| Narrow Pattern Forceps | Fine Science Tools | 11002-12 | Serrated/Straight/12cm |
| Iris Forceps | Fine Science Tools | 11066-07 | 1×2 Teeth/Straight/7cm |
| Dissector Scissors | Fine Science Tools | 14081-09 | Slim Blades/Angled to Side/Sharp-Sharp/10cm |
| Fine Scissors | Fine Science Tools | 14058-11 | ToughCut/Straight/Sharp-Sharp/11.5cm |
| Olsen-Hegar Needle Holder with Suture Cutter | Fine Science Tools | 12002-12 | Straight/Serrated/12cm/with Lock |
| Crile Hemostat | Fine Science Tools | 13004-14 | Serrated/Straight/14cm |
| Tungsten Wire Cutter | ACE Surgical Supply Co., Inc. | 08-051-90 | ACE #150 Wire Cutter, tungsten carbide tips |
| 3-0 VICRYL Suture | Ethicon Suture | J423H | 3-0 VICRYL UNDYED 27" FS-2 CUTTING |
| piXarray 100 Digital Specimen Radiography System | Bioptics, Inc | Cabinet x-ray system | |
| Einhorn 3-Point Bending Device | N/A | N/A | Custom Built |
Riferimenti
- Schnell, S., Friedman, S. M., Mendelson, D. A., Bingham, K. W., Kates, S. L. The 1-Year Mortality of Patients Treated in a Hip Fracture Program for Elders. Geriatric Orthopaedic Surgery & Rehabilitation. 1 (1), 6-14 (2010).
- Burge, R., et al. Incidence and economic burden of osteoporosis-related fractures in the United States, 2005-2025. Journal of Bone and Mineral Research. 22 (3), 465-475 (2007).
- Cunningham, B. P., Brazina, S., Morshed, S., Miclau, T. Fracture healing: A review of clinical, imaging and laboratory diagnostic options. Injury. 48, S69-S75 (2017).
- Einhorn, T. A. Can an anti-fracture agent heal fractures?. Clinical Cases in Mineral and Bone Metabolism. 7 (1), 11-14 (2010).
- Hak, D. J., et al. Delayed union and nonunions: epidemiology, clinical issues, and financial aspects. Injury. 45, S3-S7 (2014).
- Decker, S., Reifenrath, J., Omar, M., Krettek, C., Muller, C. W. Non-osteotomy and osteotomy large animal fracture models in orthopedic trauma research. Orthopaedic Reviews (Pavia). 6 (4), 5575 (2014).
- Histing, T., et al. Small animal bone healing models: standards, tips, and pitfalls results of a consensus meeting. Bone. 49 (4), 591-599 (2011).
- Jacenko, O., Olsen, B. R. Transgenic mouse models in studies of skeletal disorders. Journal of Rheumatology Supplement. 43, 39-41 (1995).
- 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).
- Bain, S. D., Bailey, M. C., Celino, D. L., Lantry, M. M., Edwards, M. W. High-dose estrogen inhibits bone resorption and stimulates bone formation in the ovariectomized mouse. Journal of Bone and Mineral Research. 8 (4), 435-442 (1993).
- 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).
- Einhorn, T. A., Gerstenfeld, L. C. Fracture healing: mechanisms and interventions. Nature Reviews in Rheumatology. 11 (1), 45-54 (2015).
- Schindeler, A., McDonald, M. M., Bokko, P., Little, D. G. Bone remodeling during fracture repair: The cellular picture. Seminar in Cellular and Developmental Biology. 19 (5), 459-466 (2008).
- Ai-Aql, Z. S., Alagl, A. S., Graves, D. T., Gerstenfeld, L. C., Einhorn, T. A. Molecular mechanisms controlling bone formation during fracture healing and distraction osteogenesis. Journal of Dental Research. 87 (2), 107-118 (2008).
- Gerstenfeld, L. C., et al. Three-dimensional Reconstruction of Fracture Callus Morphogenesis. Journal of Histochemistry & Cytochemistry. 54 (11), 1215-1228 (2006).
- Marsell, R., Einhorn, T. A. Emerging bone healing therapies. Journal of Orthopaedic Trauma. 24, S4-S8 (2010).
- Lybrand, K., Bragdon, B., Gerstenfeld, L. Mouse models of bone healing: fracture, marrow ablation, and distraction osteogenesis. Current Protocols of Mouse Biology. 5 (1), 35-49 (2015).
- Garcia, P., et al. The LockingMouseNail–a new implant for standardized stable osteosynthesis in mice. Journal of Surgical Research. 169 (2), 220-226 (2011).
- Histing, T., et al. An internal locking plate to study intramembranous bone healing in a mouse femur fracture model. Journal of Orthopaedic Research. 28 (3), 397-402 (2010).
- Garcia, P., et al. A new technique for internal fixation of femoral fractures in mice: impact of stability on fracture healing. Journal of Biomechistry. 41 (8), 1689-1696 (2008).
- Holstein, J. H., et al. Advances in the establishment of defined mouse models for the study of fracture healing and bone regeneration. Journal of Orthopaedic Trauma. 23 (5 Suppl), S31-S38 (2009).
- Bonnarens, F., Einhorn, T. A. Production of a standard closed fracture in laboratory animal bone. Journal of Orthopaedic Research. 2 (1), 97-101 (1984).
- Holstein, J. H., Menger, M. D., Culemann, U., Meier, C., Pohlemann, T. Development of a locking femur nail for mice. Journal of Biomechistry. 40 (1), 215-219 (2007).
- McBride-Gagyi, S. H., McKenzie, J. A., Buettmann, E. G., Gardner, M. J., Silva, M. J. Bmp2 conditional knockout in osteoblasts and endothelial cells does not impair bone formation after injury or mechanical loading in adult mice. Bone. 81, 533-543 (2015).
- Williams, J. N., et al. Inhibition of CaMKK2 Enhances Fracture Healing by Stimulating Indian Hedgehog Signaling and Accelerating Endochondral Ossification. Journal of Bone and Mineral Research. , (2018).
