ラットのカスタム創外固定器で安定した信頼性と再現性のある重要なサイズ分節大腿骨欠損モデル
Summary
Vivo哺乳類モデル重要なサイズの骨欠損部の治癒メカニズムと整形外科の治療法の研究に不可欠です。創外固定による安定化ラットの再現、分節、大腿骨の欠陥生成のためのプロトコルを紹介します。
Abstract
整形外科の研究は、新しい治療技術の調査し同様、生体内で治癒のメカニズムを研究する動物モデルに大きく依存します。臨界サイズ骨欠損に臨床的に治療するために挑戦しているし、研究努力は分節大腿骨欠損の信頼性の高い、外来の小さな動物のモデルから寄与できます。この研究では、創外固定器で安定したラット大腿骨の 5 mm の重要な骨幹部欠陥の一貫性と再現性のある作成するため最適化された外科プロトコルを提案する.骨幹部の歯槽は、適応創外固定器デバイスの安定する 4 Kirschner ワイヤ bicortically を配置するカスタム治具を用いて行われた.振動骨鋸は、欠陥を作成に使用されました。コラーゲン スポンジだけまたは, 2 に浸したコラーゲン スポンジは、欠陥に移植された、レントゲン写真を用いた 12 週間以上を監視した骨の治癒します。12 週間後ラットを犠牲と組織学的解析摘出のコントロールを行った大腿骨を扱われます。コラーゲン スポンジだけを含む骨欠損は、骨膜の無神経と新しい骨のリモデリングの形成をもたらした, 2 治療中非組合で起因しました。動物の注入後も回収し、外部の固定大腿骨欠陥 12 週間以上の安定化に成功しました。この合理化された外科的モデルは、骨の治癒を勉強してテストする新しい整形外科バイオマテリアルと再生治療で体内に容易に適用でした。
Introduction
整形外科外傷の手術は複雑な骨折の広い範囲の治療に焦点を当てください。欠陥の障害と同様に、周囲の筋肉や骨膜の再生能力の低下により臨床的に治療するために難しいと判明した重要な分節骨は、血管新生1をローカライズしました。骨移植手術固定、遅延 (Masquelet) の骨移植、骨輸送、融合、または切断2,3,4現代治療技術があります。よく機能遠位肢を持つ彼らの外傷後に保持外来機能を持つほとんどの患者の下肢救済は明らかにより良い治療オプション5です。これらのサルベージ治療は、長い治療経過の段階的な外科的介入を必要があります。何人かの著者は、その外固定、注入中に注入、減少減少した組織損傷のため、これらのアプリケーションの内部固定の表面積の増加の術後の調整と比較して優れた示唆しています。創固定器6。しかし、前向き無作為化対照試験は脛骨7の重度の開放骨折で創外固定と内部のこの論争を明確にするために現在進行中。残念なことに、いずれかの治療選択、重要な合併症と失敗率は8,9を永続化します。分節骨の損失に関して、どちらの治療方法外科医は骨幹部骨欠損を重要な課題に対処しなければなりません。欠損の修正する必要があります骨の安定化を最大にし骨プロセス10,11を同時に高めます。
臨床的重要性はまだ重要なサイズ骨幹部骨欠損の下のボリュームによる効果的な再現可能な動物モデルは治療技術を促進し、最終的には臨床転帰の改善研究チームを有効にする必要です。研究者は体内哺乳類動物モデルにおける生理学的治癒メカニズムを勉強する必要があります。未処理動物の選択によりコストを削減で非組合より信頼性の高いメソッドを提供しています外固定既にのようなモデルには、12,13,14,15が存在する場合、手頃な創固定器材料と概要将来の研究簡単アプリケーションの簡単な外科手術。このプロトコルの主な目的は、ラットにおける重要な骨幹部欠陥の信頼性と再現性のあるモデルを確立することです。手順は、安定化と 12 週間にわたってラットの大腿骨で直る骨を評価することにより評価しました。含まれるセカンダリ目標: 動物倫理的な外科的アプローチと安定化、簡素化し、可能な限り効果的なコストとして手頃な価格モデルを作るします。著者と研究チームは、異なる生体材料とこの区域の欠陥の治療を改善する潜在的な再生療法の範囲で予備実験を行いました。
Protocol
本研究で使用されるラットは動物の安楽死の AVMA のガイドラインに従って毎日のケアを受け取った: 2013年版16。機関動物ケアおよび使用委員会ウィスコンシン大学マディソン校評価し、プロジェクトを開始する前に、この実験的プロトコルを承認します。 1. 動物 ザイモグラム Sprague-dawley ラット体重約 350 g を使用します。 <p class="jove_title"…
Representative Results
手術は、約 1 時間で 1 つのアシスタントの助けを借りて、1 つの外科医によって行われました。手術の最適化後術中・術後合併症が大幅に最小化された大腿骨欠陥の局在と一貫性のあるサイズ (5 x 3 x 3 mm) を確保する治具装置使用することとします。ラットの麻酔から歩行直後回復され任意変更された行動パターンを持っている表示されませんでした。彼らの歩行で、?…
Discussion
完全な骨の骨折などの整形外科的損傷の小さな動物モデルでは、骨形成と生体材料20の治療の可能性の評価のメカニズムを探る研究を有効にします。本研究はラットを紹介、カスタム創外固定器ラボと医用生体工学チームは荷重骨接合用骨修復のさらなる研究のため容易に再現できるによって安定化された区域の欠陥モデル。
よくラット モデルにおけ?…
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
この作品は、ウィスコンシン大学と公衆衛生、医学リハビリテーション整形外科部門によって提供される追加のサポートと共に NIH 機器の助成金 1S10OD023676-01 によって支えられました。UW のコスミック カーボンがんセンター サポート助成金 P30 CA014520 と h. マーティンのサポートのための NIH のトレーニングの許可 5T35OD011078-08 と同様、小動物イメージング施設、使用を認めることを願います。我々 も筋骨格系の再生パートナーシップのサポートのマイケルとメアリー ・ スー ・ シャノンに感謝します。
Materials
| 0.9% Sterile Saline | Baxter | 2F7124 | Used for irrigating wound and rehydration |
| 10% Iodine/Povidone | Carefusion | 1215016 | Used to prep skin |
| 10% Neutral Buffered Formalin | VWR | 89370094 | Used as fixative |
| 1mm non-threaded kirschner wire | DePuy Synthes | VW1003.15 | Sterilized, used for the most proximal pin |
| 1mm threaded kirschner wire | DePuy Synthes | VW1005.15 | Sterilized, used for the 3 most distal pin slots |
| 2×2 gauze | Covidien | 4006130 | Sterilized, used to prep skin and absorb blood |
| 4-0 Vicryl Suture | Ethicon | 4015304 | Used to close muscle and skin layers |
| 4-40 x 0.25",18-8 stainless steel button head cap screws | Generic | External fixator assembly | |
| 4200 Cordless Driver | Stryker | OR-S-4200 | Used to drill kirschner wires |
| 4×4 gauze | Covidien | 1219158 | Sterilized, used to absorb blood |
| 70 % Ethanol | Used to prep skin | ||
| Baytril | Bayer Healthcare LLC, Animal health division | 312.10010.3 | Added to water as an antibiotic |
| Cefazolin | Hikma Pharmaceuticals | 8917156 | Pre-op antibiotic |
| CleanCap Gaussia Luciferase mRNA (5moU) | TriLink Biotechnologies | L-7205 | Modified mRNA encoding for Gaussia Luciferase, keep on ice during use |
| Coelenterazine native | NanoLight Technology | 303 | Substrate for Guassia Luciferase, used to assess luciferase activity in vivo |
| Double antibiotic ointment | Johnson & Johnson consumer Inc | 8975432 | Applied to pin sites post-op as wound care |
| Dual Cut Microblade | Stryker | 5400-003-410 | Used to create 5mm defect in femur |
| Ethylenediamine Tetraacetic Acid (EDTA) | Fisher | BP120-500 | Used to decalcify bone to prep for histology |
| Extended Release Buprenorphine | ZooPharm | Used as 3 day pain relief | |
| Fenestrated drapes | 3M | 1204025 | Used to establish sterile field |
| Handpiece cord for TPS | Stryker | OR-S-5100-4N | Used to create 5mm defect in femur |
| Heating pad | K&H Pet Products | 121239 | Rat body temperature maintenance |
| Hexagonal head screwdriver | Wiha | 263/1/16 " X 50 | External fixator tightening |
| Induction chamber | Generic | Anesthesia for rats | |
| Infuse collagen sponge with recombinant human Bone Morphogenic Protein-2 | Medtronic | 7510200 | Clinically relevant treatment used as positive control |
| Isoflurane | Clipper | 10250 | Anesthesia for rats |
| IVIS | Perkin Elmer | 124262 | Bioluminescence imaging modality |
| Jig | Custom | Used to place bicortical pins | |
| Lipofectamine MessengerMAX | Fisher Scientific | LMRNA003 | mRNA complexing agent that enables mRNA delivery |
| Sensorcaine-MPF (Bupivicane (0.25%) and Epinephrine (1:200,000)) | APP Pharmaceuticals, LLC | NDC 63323-468-37 | Applied to surgical site for pain relief and vasoconstriction |
| Sterile water | Hospira | 8904653 | Used as solvent for cefazolin powder |
| Titanium external fixator plates | Custom | Prepared in house with scrap titanium and milling machine | |
| Total Performance System (TPS) Console | Stryker | OR-S-5100-1 | Used to create 5mm defect in femur |
| TPS MicroSaggital Saw | Stryker | OR-S-5100-34 | Used to create 5mm defect in femur |
| Ultrafocus Faxitron with DXA | Faxitron | High resolution radiographic imaging modality | |
| Uniprim rat diet | Envigo | TD.06596 | Medicated rat diet |
| Universal Handswitch for TPS | Stryker | OR-S-5100-9 | Used to create 5mm defect in femur |
| Vetbond Tissue Adhesive | 3M | 1469 | Skin closure |
Riferimenti
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Citazione di questo articolo
Kerzner, B., Martin, H. L., Weiser, M., Fontana, G., Russell, N., Murphy, W. L., Lund, E. A., Doro, C. J. A Reliable and Reproducible Critical-Sized Segmental Femoral Defect Model in Rats Stabilized with a Custom External Fixator. J. Vis. Exp. (145), e59206, doi:10.3791/59206 (2019).