Ein Ratten-Tibia-Wachstumsplatten-Verletzungsmodell, um Reparaturmechanismen zu charakterisieren und Wachstumsplatten-Regenerationsstrategien zu bewerten
Summary
Die Wachstumsplatte ist eine knorpelige Region in den langen Knochen der Kinder, wo Längswachstum auftritt. Bei Verletzung kann das Knochengewebe das Wachstum formen und beeinträchtigen. Wir beschreiben ein Rattenmodell der Wachstumsplattenverletzung, die zu knöchernem Reparaturgewebe führt und das Studium von Reparaturmechanismen und Wachstumsplattenregenerationsstrategien ermöglicht.
Abstract
Ein Drittel aller pädiatrischen Frakturen beinhaltet die Wachstumsplatte und kann zu einem beeinträchtigten Knochenwachstum führen. Die Wachstumsplatte (oder Physis) ist Knorpelgewebe, das am Ende aller langen Knochen bei Kindern gefunden wird, die für das Längsknochenwachstum verantwortlich ist. Einmal beschädigt, kann Knorpelgewebe innerhalb der Wachstumsplatte vorzeitige Verknöcherung erfahren und zu unerwünschtem knöchernem Reparaturgewebe führen, das einen "knöchernen Stab" bildet. In einigen Fällen kann dieser knöcherne Stab zu Knochenwachstumsdeformitäten führen, wie z. B. Winkeldeformitäten, oder er kann das langsame Knochenwachstum vollständig stoppen. Es gibt derzeit keine klinische Behandlung, die eine verletzte Wachstumsplatte vollständig reparieren kann. Mit einem Tier-Modell der Wachstumsplatte Verletzung besser zu verstehen, die Mechanismen zugrunde liegenden Knochenbildung und zu identifizieren Möglichkeiten, um es zu hemmen ist eine großartige Gelegenheit, um bessere Behandlungen für Wachstumsplatten Verletzungen zu entwickeln. Dieses Protokoll beschreibt, wie man die Ratten proximale Tibia-Wachstumsplatte unter Verwendung eines Bohrlochdefekts stört. Dieses smaDas Tiermodell produziert zuverlässig einen knöchernen Stab und kann zu Wachstumsdeformitäten führen, die denen ähnlich sind, die bei Kindern gesehen werden. Dieses Modell ermöglicht die Untersuchung der molekularen Mechanismen der Knochenbarrenbildung und dient als Mittel, um mögliche Behandlungsmöglichkeiten für Wachstumsplattenverletzungen zu testen.
Introduction
Wachstumsplattenverletzungen machen 30% aller pädiatrischen Frakturen aus und können zu einem beeinträchtigten Knochenwachstum führen 1 . Zusätzlich zu Frakturen können Wachstumsplattenverletzungen durch andere Ätiologien verursacht werden, einschließlich Osteomyelitis 2 , primäre Knochentumore 3 , Strahlung und Chemotherapie 4 und iatrogene Schäden 5 . Die Wachstumsplatte (oder Physis) ist eine Knorpelregion am Ende der Kinderknochen, die für das Knochenwachstum verantwortlich ist. Es fährt die Knochendehnung durch endochondrale Verknöcherung; Chondrozyten unterziehen sich der Proliferation und Hypertrophie und werden dann durch ankommende Osteoblasten umgebaut, um den Trabekelknochen zu bilden 6 . Die Wachstumsplatte ist auch eine schwache Fläche des sich entwickelnden Skeletts, so dass es anfällig für Verletzungen ist. Die Hauptanliegen bei Wachstumsplattenbrüchen oder -verletzungen ist, dass das beschädigte Knorpelgewebe innerhalb der Wachstumsplatte b kannE ersetzt durch unerwünschtes knöchernes Reparaturgewebe, auch bekannt als "knöcherne Stange". Abhängig von seiner Größe und Lage innerhalb der Wachstumsplatte kann der knöcherne Stab zu kantigen Deformitäten oder komplettem Wachstumsstillstand führen, eine verheerende Folge für kleine Kinder, die noch nicht ihre volle Höhe erreicht haben 7 .
Es gibt derzeit keine Behandlung, die eine verletzte Wachstumsplatte vollständig reparieren kann. Sobald sich die knöcherne Stange bildet, muss der Kliniker entscheiden, ob er ihn chirurgisch entfernen soll oder nicht. Patienten mit mindestens 2 Jahren oder 2 cm Skelettwachstum verbleibend und mit einem knöchernen Stab, der weniger als 50% des Wachstumsplattenbereichs überspannt, sind in der Regel Kandidaten für knöcherne Raffinierung 8 . Die chirurgische Entfernung des knöchernen Stabes folgt oftmals der Zwischenlage eines autologen Fett-Transplantats, um eine Reformierung des knöchernen Gewebes zu verhindern und die umgebende unverletzte Wachstumsplatte zu ermöglichen, das Wachstum wiederherzustellen. Diese Techniken sind jedoch problEmatic und oft scheitern, was zu knöcherne Bar Wiederholung und weiterhin negative Auswirkungen auf das Wachstum 9 . Es besteht ein kritischer Bedarf, effektive Behandlungen zu entwickeln, die nicht nur die Knochenbildung verhindern, sondern auch den Wachstumsplattenknorpel regenerieren und so die normale Knochendehnung wiederherstellen.
Die molekularen Mechanismen, die der Knochenbarren zugrunde liegen, müssen noch vollständig aufgeklärt werden. Ein besseres Verständnis dieser biologischen Mechanismen könnte zu effektiveren therapeutischen Interventionen für Kinder führen, die an Wachstumsplattenverletzungen leiden. Da das Studium dieser Mechanismen beim Menschen schwierig ist, wurden Tiermodelle verwendet, insbesondere das Rattenmodell der Wachstumsplattenverletzung 10 , 11 , 12 , 13 , 14 , 15 , 16 . Die hier dargestellte MethodePapier beschreibt, wie ein Bohrlochdefekt in der Ratten-Tibia-Wachstumsplatte zu vorhersagbarem und reproduzierbarem Reparaturgewebe führt, das erst sieben Tage nach der Verletzung eine Verknöcherung beginnt und bei 28 Tagen nach Verletzung eine vollständig ausgereifte Knochenstange bildet. Dies stellt ein kleines Tier- In-vivo- Modell zur Verfügung, in dem die biologischen Mechanismen der Knochenbarrenbildung untersucht werden können, sowie um neuartige Therapien zu bewerten, die den knöchernen Stab verhindern und / oder den Wachstumsplattenknorpel regenerieren können. Zum Beispiel kann dieses Modell verwendet werden, um chondrogene Biomaterialien zu testen, die Wachstumsplattenknorpel regenerieren und eine wertvolle Behandlung für Kinder mit Wachstumsplattenverletzungen bieten können. Die in diesem Papier vorgestellten Techniken beschreiben die chirurgischen Methoden, die zur Herstellung der Verletzung der Wachstumsplatte und der späteren Zufuhr von Biomaterialien zur Verletzungsstelle verwendet werden. Wir werden auch Methoden diskutieren, um die Knochenbildung zu beurteilen und das Gewebe zu reparieren.
Protocol
Representative Results
Discussion
Ein Wachstumsplattenverletzungs-Tiermodell fügt unserem Verständnis der biologischen Mechanismen dieser Verletzung weitgehend hinzu, was möglicherweise zu effektiveren therapeutischen Interventionen für Kinder führt, die unter Verletzungen von Wachstumsplatten leiden. Um eine knöcherne Stange erfolgreich zu erstellen und ihre Entstehung in vivo unter Verwendung des in dieser Arbeit vorgestellten Modells zu studieren, ist es entscheidend, die Wachstumsplatte durch Bohren in einer ausreichenden Tiefe zu st?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Die Autoren bestätigen die Unterstützung durch das Nationale Institut für Arthritis und Muskel-Skelett- und Hautkrankheiten der National Institutes of Health (NIH) unter der Auszeichnungsnummer R03AR068087, dem Akademischen Anreicherungsfonds der University of Colorado School of Medicine und dem Gates Center for Regenerative Medicine . Diese Arbeit wurde auch von NIH / NCATS Colorado CTSA Grant Nummer UL1 TR001082 unterstützt. Der Inhalt ist die alleinige Verantwortung der Autoren und stellt nicht unbedingt offizielle NIH-Ansichten dar.
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 |
References
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