Summary
成長プレートは、縦の成長が起こる子供の長骨の軟骨領域である。負傷した場合、骨組織が形成され、成長を阻害する可能性があります。本発明者らは、骨修復組織を導く成長プレート損傷のラットモデルを説明し、修復メカニズムおよび成長プレート再生戦略の研究を可能にする。
Abstract
すべての小児骨折の3分の1が成長プレートを伴い、骨の成長が損なわれる可能性があります。成長プレート（または体液）は、縦骨成長の原因となる小児のすべての長骨の末端に見られる軟骨組織である。一旦損傷すると、成長プレート内の軟骨組織は早期の骨化を受け、「骨の棒」を形成する望ましくない骨修復組織につながる可能性がある。いくつかの場合、この骨の棒は、角変形などの骨成長の変形をもたらし得るか、またはそれは縦方向の骨成長を完全に停止させることができる。現在、損傷した成長プレートを完全に修復することができる臨床的処置はない。骨形成の根底にあるメカニズムをよりよく理解し、それを阻害する方法を特定するために、成長プレート損傷の動物モデルを使用することは、成長プレート損傷に対するより良い治療法を開発する絶好の機会である。このプロトコールは、ドリルホール欠陥を用いてラット近位脛骨成長プレートを破壊する方法を記載する。このSMA動物モデルは確実に骨バーを生成し、子供に見られるものと同様の成長変形を生じさせる可能性がある。このモデルは、骨バー形成の分子メカニズムの研究を可能にし、成長板損傷の潜在的治療選択肢を試験する手段として役立つ。
Introduction
成長板の傷害はすべての小児骨折の30％を占め、骨の成長障害をもたらす可能性があります1 。骨折に加えて、成長板損傷は、骨髄炎2 、原発性骨腫瘍3 、放射線および化学療法4 、および医原性損傷5を含む他の病因によって引き起こされる可能性がある。成長プレート（またはフィシス）は、縦骨成長の原因となる子供の長骨の端にある軟骨領域である。これは、内軟骨の骨化を通じて骨の伸長を促進する。軟骨細胞は増殖および肥大を受け、次に骨芽細胞を形成するために入骨芽細胞によって改造される6 。成長板はまた、発展中の骨格の弱い領域であり、怪我をしやすい。成長プレートの骨折または損傷に関する主な懸念は、成長プレート内の損傷した軟骨組織が、eは不要な骨修復組織で置き換えられ、これは「骨の棒」としても知られています。成長板の大きさや位置によっては、骨の棒が角度の変形や完全な成長停止を引き起こす可能性があります。これはまだ完全な高さに達していない幼児のための壊滅的な後遺症です。
現在、損傷を受けた成長プレートを完全に修復できる治療法はない。骨バーが形成されたら、臨床医はそれを外科的に取り除くかどうかを決定しなければならない8 。少なくとも2年または2 cmの骨格成長が残っており、骨板の面積が成長板面積の50％未満である患者は、通常、骨バー切除の候補となります8 。骨バーの外科的除去は、骨組織の再形成を防止し、周囲の無傷の成長プレートが成長を回復させることを可能にするために、自己脂肪グラフトを挿入することがしばしば続く。しかし、これらの技術はproblエモティックであり、しばしば失敗し、骨の再発や成長への悪影響が続いている9 。骨形成を防止するだけでなく、成長プレート軟骨を再生し、正常な骨の伸長を回復させる効果的な治療法を開発することが極めて重要である。
骨梁形成の根底にある分子メカニズムは、まだ完全に解明されていない。これらの生物学的機構をより深く理解すれば、成長板の傷害を患っている子供のためのより効果的な治療的介入につながる可能性がある。ヒトにおけるこれらのメカニズムの研究は困難であるため、動物モデル、特に成長プレート傷害のラットモデル10,11,12,13,14,15,16が使用されている。これに提示された方法傷害後7日目に骨化を開始し、損傷後28日目にリモデリングを伴う完全に成熟した骨バーを形成する、予測可能で再現性のある修復組織へのラット脛骨成長板の穿孔欠損がどのように導くかを記載している。これは、骨バー形成の生物学的メカニズムを研究するとともに、骨バーを予防し、および/または成長プレート軟骨を再生することができる新規治療法を評価するための小動物in vivoモデルを提供する。例えば、このモデルは、成長プレート軟骨を再生することができ、成長プレート損傷を患う子供のための貴重な治療を提供することができる軟骨形成性生体材料を試験するために使用することができる。この論文で提示されている技術は、傷害部位への生育板損傷およびその後の生体材料の送達を生成するために使用される外科的方法を記載する。また、骨バーの形成と組織の修復を評価する方法についても検討します。
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Protocol
すべての動物の手続きは、地元の動物実験および使用委員会（IACUC）の承認を受けなければなりません。以下の手順のための動物プロトコールは、コロラド大学デンバーIACUCによって承認された。
1.ラットを得る
注：遺伝子組み換え動物が望まれない限り、6週齢の骨格未熟のSprague-Dawleyラットが手術時に必要とされる。他の株も潜在的に使用することができる。しかし、公開された研究の大部分はSprague-Dawleyラットで実施されている。
2.外科用品の準備
- ＃3メスハンドル、針ホルダー、Adson鉗子、アイリスハサミの各1つを含むオートクレーブ外科用サプリメントパック。
- キーレスドリルチャックをオートクレーブします。ドリルチャックは、複数の動物を操作する場合、動物の手術の間にビーズを滅菌してもよい。
注：無菌手術の使用に関連するローカルIACUC規則複数の動物のツールを遵守しなければなりません。例えば、コロラド大学デンバーIACUCは、中止する前に最大5匹の動物に1つの外科ツールセットを使用させることができます。さらに、外科用具は動物間のビーズ滅菌機を用いて加熱殺菌しなければならない。追加の無菌外科用パックを追加の動物に使用しなければならない。 - オートクレーブ5cmのスタインマン（Steinmann）ピン（各動物につき1本）。
注：感染の危険性を減らすために、スタインマンピンは複数の動物に使用してはなりません。 - オートクレーブ1.8mmの歯科用バール（各動物につき1本）。
注：感染の危険性を減らすために、複数の動物に歯科用バーを使用してはなりません。 - 該当する場合は、創傷クリップアプリケータをオートクレーブする。あるいは、埋め込まれた縫合糸を用いて皮膚層を閉じることができる。手順7.3を参照してください。
- 可能であれば、照射またはガス滅菌を使用して回転ドリルを滅菌する。
- 電気シェーバー、ステーリウ-3-0ポリグリコール酸縫合糸、滅菌ガーゼ、ポビドンヨード、滅菌生理食塩水、滅菌10mLシリンジ、滅菌23ゲージ針、イソプロピルアルコールスワブ、イソフルラン、キャリパー、手術後鎮痛薬（NSAIDおよびブプレノルフィンなど）滅菌手術用手袋、無菌＃15メス刃、滅菌創傷クリップ、麻酔機、ビーズ滅菌機、加温パッド、および吸収性アンダーパッドを含むが、これらに限定されない。
3.麻酔と動物の準備
- 受動的な掃気システムを備えた気化システムから5％イソフルランで1L /分の酸素流を受ける1Lから2Lの誘導チャンバに動物を導入することによって動物を麻酔する。
注：5％イソフルランへの暴露は、6週齢のラットを5分以内に麻酔する必要があります。 - 動物を手術部位に移動させ、手順の残りの部分にノーズコーンを用いて2〜3％のイソフルランで動物を麻酔下に維持する。動物の仰臥位を温かいパッドの上に置き、吸収剤アンダーパッド。
注：動物は手術台に固定する必要はありません。以下の手順で指定されているように脚を保持することは、安定化の十分な方法です。
注：すべてのその後の手順は、麻酔下の動物で行う必要があります。 2〜3％イソフルランは、この年齢のラットにおいて麻酔を維持するのに十分であるべきである。これは、二足歩行離脱反射を試験することによって確認することができる。 - 施設で承認された方針（ 例えば、ブプレノルフィン0.05mg / kg、カルプロフェン5mg / kg）に従って、術中鎮痛薬を投与する。
4.手術用脛骨の準備
- 電気シェーバーを使って内鞘から骨盤までの後肢全体を剃ります。
- キャリパーを使用して、前脛骨プラトーから内頸髄の下側までの脛骨の長さを測定し、記録する。あるいは、X線またはマイクロCT 11を使用して脛骨の長さ全体を測定する 、 12,14 。必要に応じて、X線またはマイクロCTを使用して手術前に成長プレートの寸法を測定する。
- 脚、腹部、生殖器全体をアルコールスワブで拭き、次にポビドンヨードを浸したガーゼで拭いて手術部位を掃除します。
注：感染のリスクを最小限に抑えるため、動物が麻酔から取り除かれるまで（ステップ7.4）、滅菌条件下で行わなければならない。すべての外科用材料に無菌技術を用いてアクセスしなければならない。手術中に無菌性を維持するためには、手術助手の使用を強くお勧めします。 - 滅菌手術用手袋を着用し、動物の上に有窓の無菌手術用ドレープを置き、脚を中央窓を通して露出させたままにする。
5.成長プレートにアクセスするための手術手順
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図1：手術手順の概要。
A）成長板損傷を成功させるために使用されるいくつかの解剖学的マーカーの位置。膝蓋骨は、脛骨を大腿骨から分離して、膝蓋骨のすぐ後（白い）にある。脛骨成長板（暗赤色）は、膝蓋骨より劣って見え、脛骨を回避することができる。近位の成長プレートは、斜めの平面を形成する前四分円を除いて、ほとんど平坦な平面である。これらの2つの面の交点は、適切な穿孔角度に使用される成長板角度を形成する。半腱様筋の挿入は、四頭筋が後脛骨に挿入される箇所である。 B）皮質骨にアクセスするための脛骨軟組織の前内側面を通る切開。 C）遠位半硬直挿入を基準点としてアラインメントを用いた皮質ウインドウの位置。 D）評価歯ブラシの斜面を皮質窓と整列させることによって損傷の深さを測定する。
- ＃3のメスのハンドルと＃15のブレードを使用して、内側の大腿顆の遠位端から開始して、近位の脛骨の内側 - 前方の側面に沿って皮膚を通して約1cmの切開を行う（ 図1A ）。
- 下にある骨に皮膚をしっかりと引き、切開をしながら脚をしっかりと保持します。
注：これは、皮膚の切開部を所望の位置に保ち、きれいな切開部の形成を助ける。メスをしっかりと押して膝の穿刺を避けるようにしないと、多量の出血が発生し、残りのステップが困難になります。
- 下にある骨に皮膚をしっかりと引き、切開をしながら脚をしっかりと保持します。
- 1）成長プレート、2）成長プレートの角度、3）膝のカプセル、および4）半腱様索の挿入（ 図1A ）を含む重要な解剖学的マーカーを記録する。
- メスを使って、〜0.5cmの切開をthe近位の脛骨の内側 - 前側の側面の筋膜および軟部組織を、成長プレートから皮膚切開部の底部に移植する（ 図1B ）。
- メスを使用して、脛骨から筋膜および軟部組織を静かに切開または削り取る（ 図1B ）。
注記：穿孔のステップを妨げないようにできるだけ多くの軟組織を脛骨から取り除くか削り取ることが重要です。 - 回転ツールに10,000 rpmで取り付けられたSteinmannピン（材料のセクションで指定された回転ツールの低速）を用いて、骨幹の脛骨皮質骨を通って皮質の窓を穿孔する。遠位の半腱弓挿入（ 図1C ）と整列するように皮質ウインドウを作成する。
- ドリルを脛骨骨幹に対して垂直に保持し、骨幹の他の側面を穿孔しないように注意しながら、ゆっくりと穿孔する。皮質のウインドウは深さが約2mmである必要があり、耐性が感じられる。
- 上記のように、もう一方の手で脚をしっかりと保持します。
注：このステップでは、歯科用バーを使用することができます。しかし、歯科用バーを使用する場合、脚はきれいな皮質の窓を作り、バーが所望の位置に骨をつかんで切断するようにしっかりと保持しなければならない。優れた切断能力を備えているため、このステップではSteinmannピンが推奨されます。
- 軽い出血が予想されるので、ガーゼ皮質ウィンドウをダブします。
6.成長プレート損傷の作成
- 回転ツールに取り付けられた1.8 mmの歯科用バーを使用して、中央の成長プレートを介してドリルホール損傷を作成します。
注：中央の成長プレートを破壊するには、適切な深さ、角度、および方向が重要です（ 図1CおよびD ）。適切な深さ、角度、および方向を得るための指示を以下に示す。- 歯科用バーを使用して適切な深さを測定するために、begi歯科用バーの端部を近位脛骨と整列させることにより、膝窩を横切る半腱様棘が形成される（ 図1C ）。
- 膝のカプセルに歯科用バールの終わりで、半腱様筋に沿ってバールシャフトに続き、バールが皮質の窓と整列する場所を書き留めます。これは、バーが関節面を乱さずに成長プレートを完全に破壊する適切な深さである（ 図1C ）。
注：歯科用バーは、適切な深さを測定するために使用されます。穿孔は、穿孔中に深さを参照するために皮質窓と整列する位置に恒久的なマーカーでマークすることができる。しかし、解剖学的マーカーおよび上記のプロトコルが緊密に参照されている場合、ここで指定された歯科用バールの第1の斜角（FG6）は、皮質窓（ 図1Cに示されるように）と適切に位置合わせされる。 - 適切なドリル角度を得るには、回転ツールをt脛骨骨幹に対して30°の角度をなしている。
注：これは視覚的な近似です。 - 適切なドリルの方向を得るには、成長プレートの角度を目標にします （ 図1C ）。デンタルバーに沿って成長板角度に視線を引いて、中央の欠点を作り出すのを助ける。
- 大脳皮質のウィンドウに入る前に、回転ツールを10,000RPM（材料のセクションで指定された回転ツールの低速）にします。
- 回転ツールを適切な角度と方向に動かして、皮質ウィンドウに入り、バーマーカーが皮質ウィンドウと整列するまで回転ツールを押します。適切な深さに達したら、回転ツールを取り外します。
注：クリーンな傷をつくるために、成長プレートにバーを付けて最小限の時間を使って、1つの迅速な動きで成長プレートの破壊を実行します。これはデータ分析にとって重要です。
- 出血が予想されるので、〜30秒間ガーゼ皮質ウィンドウをダブします。
- バールの長さを再度測定して、適切な怪我の深さを確保する（ステップ6.1.2）。
- ドリルトラックにバーを挿入し（ロータリツールをオフにして）、マーキングされたバーを皮質窓に合わせます（ 図1D ）。
- 深さが不十分な場合は、回転ツールをオンにして目的の深さまで押します。
注：2回目の掘削は理想的ではありませんが、成長プレートを完全に破壊することは、骨バーの開発にとって最も重要です。 - 10mLシリンジと23ゲージ針を使用して〜3mLの滅菌生理食塩水でドリルトラックをすすいでください。
- ガーゼで傷を乾燥させる。
7.傷病手続
- バイオマテリアルベースの成長プレート処理を評価する場合は、適切なサイズの針（生体材料の粘度に応じて18〜26ゲージ）を使用して、ドリルトラックを通して損傷部位に生体材料を注入します。
注：成長板の損傷の容積は〜3＆＃181; Lであり、ドリルトラックの体積は約20μLである。成長プレート損傷およびドリルトラックに注入できる材料の最大量は、20〜25μLである。 - 3-0ポリグリコール酸縫合糸で筋膜を縫合して創傷を閉じる。皮質ウインドウの上に骨ワックスを塗り、下にある骨を隔離します（オプション）。
- 埋め込まれた縫合糸または創傷クリップで皮膚切開部を閉じる。
注意：動物が傷害部位で引っ掻き傷を開ける可能性があるため、創傷クリップをお勧めします。 - イソフルラン麻酔から動物を取り出し、暖かい毛布に置き、目が覚めるまでモニターする。
- 感染の危険性を減らすために、動物を乾燥したオートクレーブ寝具を入れた新しいケージに入れてください。
- 動物は術後に体重を支えることができます。
- 手術の72時間後に動物を12時間毎にモニターし、感染の兆候を確認し、創傷クリップが所定の位置に残っていることを確認し、術後（ 例えば、ブプレノルフィン0.05mg / kgを12時間毎に36時間、カルプロフェンを5mg / kgで24時間毎に72時間）。
- 麻酔下手術の10〜14日後に創傷クリップを除去する。
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Representative Results
この方法を用いる成功した成長板損傷は、関節軟骨表面を崩壊させることなく脛骨成長板の中心を破壊することを含む。骨髄修復組織は損傷後約7日目に始まると報告されており、マイクロコンピュータ断層撮影（マイクロCT）によって視覚化されるように、損傷後28日目までに完全に発達する（ 図2 ）。以前に発表されたデータに基づいて骨形成の開始および成熟を表示するために、これらの時点をここで選択したが、他の時点を使用して、手術後1日目から6ヶ月目までの修復プロセスの様々な段階を調べることができる。 表1は、3つの独立した手術から外科的に損傷したラット成長プレート内の骨体積形成の概要を、（1）成長プレート全体の中の骨体積分率および（2）修復組織領域内の体積分率はわずか15である 。データは、平均パーセント±標準偏差として報告され、同様の結果が独立した実験の間に得られたことを示す。異なるラン間の差異を一方向分散分析（ANOVA）によって分析し、ラン間に統計的に有意な差異がないことを示し、モデルの再現性を示唆した。オレンジG /エオシンカウンターストレイン18を有するアルシアンブルーヘマトキシリン（ABH）を用いて、骨バー形成の異なる段階で種々の修復組織を組織学的に示す（ 図2 ）。この組織学的染色を使用して、間葉系、軟骨系、骨梁、および骨髄を含む様々な種類の修復組織を同定し、定量することができる16 。
上記の手順を間違って実行すると、いくつかの問題が発生する可能性があります。不利益 ntドリルの深さは成長板を崩壊させず、結果として骨形成をほとんどまたは全く生じない。関節軟骨表面の破壊は、関節軟骨を成長プレート損傷部位に導入することができるより大きな損傷を生じ、治癒過程を複雑にする（ 図3A ）。不適切な角度または方向で増殖プレートを破壊すると、非中枢損傷が生じる（ 図3B ）。この場合、骨の形成は依然として起こりますが、所望の位置に対して側方または内側になります。全体的に、増殖プレート損傷後に形成された修復組織は、microCT、定量的PCR、組織学的染色および免疫組織化学を含む様々な方法で分析することができる。組織学的および分子的測定に加えて、四肢の長さおよび成長プレートの測定は、全骨成長の重要な尺度を提供する。影響を受けた四肢は、損傷していない対照の四肢に比べて成長の減少を経験すると報告されている> 13。肢の長さは、四肢の長さの不一致を調べるためにmicroCT画像を使用して、研究の過程を通して様々な時点で測定することができる14 。以前使用された時点の例には、損傷後28日および56日が含まれる。全体の高さ、帯状の高さ、およびテザーの形成を含む成長プレートの測定もまた、組織修復プロセス13,14,15に関する重要な情報を提供することができる。理想的には、外科手術前に四肢の長さおよび成長プレートの測定値をベースライン値にすることが理想です。生物学的メカニズムをさらに解明するため、または治療の有効性を試験するために、適切な対照群を設計し、手術を受けた未治療の四肢および四肢を含むべきである。
バイオマテリアルはまた、この増殖プレート損傷モデルにおいて試験され得る。一例として、カイステップ7.1に記載されているように、トサンミクロゲル19を成長プレート損傷部位に注入し、 図4の損傷部位にはっきりと見られる。その後の分析は、前述したように、修復組織組成、四肢の長さ、および成長プレートの測定に対する生体材料の影響を決定することを含むことができる。
図2.成功した増殖プレート破砕と骨形成。
骨欠損の形成は、損傷後7日目にmicroCTで見られ、アルシアンブルーヘマトキシリン（ABH）染色によって確認される。この骨バーは、microCTおよびABH染色で見られるように、損傷後28日目までに完全に成熟している。 この図の拡大版を見るには、ここをクリックしてください。
図3.不正確な掘削の可能性のある結果
A）脛骨をあまりにも遠くまで掘削すると、関節表面が破壊され、治癒過程が複雑になり、結果が確定しなくなる可能性があります。 B）ドリルの不適切な角形成は、非中央成長板損傷につながる可能性がある。 この図の拡大版を見るには、ここをクリックしてください。
【図4】バイオマテリアルを用いた成長プレートの損傷。
ABH染色は、損傷した成長プレート中のキトサンミクロゲルを示す。
| メトリック | ラン1 | ラン2 | ラン3 | P値 |
| 成長プレート全体の骨体積率 | 9.76±3.81％ | 10.52±4.06％ | 11.93 +/- 2.04％ | 0.5493 |
| 修復組織領域内の骨体積の割合 | 41.5±8.33％ | 46.08±10.12％ | 46.77±8.14％ | 0.5128 |
表1.骨体積分率データ。
データは、3回の独立した実験からの未処理ラットでの損傷後28日のマイクロCT画像由来であった。
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Discussion
成長傷害動物モデルは、この傷害の生物学的機構の理解に大きく貢献し、潜在的に成長板損傷を患っている子供のためのより効果的な治療的介入につながる可能性がある。この作業で提示されたモデルを使用して骨バーを正常に作製し、 in vivoでその形成を研究するには、関節軟骨を破壊することなく十分な深さまで穿孔することが重要です。動物間での外科的実施の変化、およびより少ない程度ではあるが、解剖学的マーカーの変動は、問題のある結果をもたらす可能性がある。生きている動物研究の手順を実行する前に、死体傷害の成功を確実にするために死体動物について上に概説した手順を練習することを推奨する。死体の動物は組織の柔軟性がなく、出血しないが、これらの動物の成長板の傷害手順および解剖学的特徴は、生きている動物のものと同様である。ファート彼女の場合には、死体が軽い力の適用によって骨幹端から分離し、ドリルホールの位置を観察することができるので、死体の脛骨成長プレートを容易に解剖することができる。この簡単な解析により、イメージングを必要とせずに、死体の動物の適切なドリルの深さと角度を知るための技術変更が可能になります。
成長板損傷の他の動物モデルが存在することに留意すべきである。同様の経肛門的欠陥がマウスで行われ、骨の形成20につながった。サイズが小さいにもかかわらず、骨形成に関与するメカニズムの研究にも使用できます。 Coleman et al 。関節平滑筋21を穿孔することによって遠位大腿骨に中心的な横隔骨欠損が作製された成長板損傷の別の有効なラットモデルを報告した。このアプローチはまた、骨棘と四肢の長さの不等式の形成を導いた。モデルをここに示します。成長プレートの傷害および治療の他の動物モデルには、ウサギ22 、ブタ23およびヒツジ24が含まれる。より大きな動物傷害モデルは臨床的傷害をより詳細に表すかもしれないが、ラットモデルは、フィシャス傷害の生物学的メカニズムに関する研究に有用である。例えば、ここに提示されたラットモデルは、フィシャー傷害および骨バー形成プロセスの分子機構を研究するために広範に使用されている10,11,12,13,14,15,16。さらに、ラットモデルは、より大きな動物モデルに移行する前に、様々なフィシャル処理を試験するために使用することができる。しかし、このラットの成長板損傷モデルの課題は、穿孔が骨の内側で行われることであり、ドリルホールがどこにあるか観察することは不可能です。したがって、生存動物における成長プレートの成功した破壊は、手術時に画像技術を用いて、または手術後7〜28日間の骨形成を評価することによってのみ確認することができる。練習では、骨形成を得ることに高い成功を収めることができるが、初期の研究では、無傷の成長プレートまたは成長の不十分な混乱のために、骨バーの形成を欠く多数の動物が生じる可能性があるプレート。
このモデルのもう一つの限界は、穿孔傷害は、通常、骨折のために生じる小児の正常な成長板損傷ではないことである25 。成長プレート内の骨折は、Salter-Harris分類システム26を使用して分類することができる。 III型およびIV型成長プレートの骨折は、最も一般的には、リード線の傷害に寄与する骨の形成に本明細書に提示される成長板損傷型は、外傷または穿刺傷によってフィッシスが除去される稀な種類の損傷であるタイプVI成長板損傷に最も密接に関連する。しかし、成長板損傷後の骨形成の根底にある病態生理学的メカニズムは依然として分かっていないので、ラットモデルは、すべてのタイプの成長板損傷を患っている子供のための新規治療選択肢を開発するために、ここに記載されている方法は、確実に骨バーを作成し、 インビボでの増殖板損傷修復プロセスの複数の局面を研究するために使用することができる17,27,28,29,30,31,32。このラットモデルは、成長プレート後の脛骨成長の減少をもたらすことも示されている陪審員13は 、成長プレート再生と骨延長の潜在的な回復を導く新規な治療選択肢を試験する、さらに興味深い動物モデルとする。
結論として、この論文は、 インビボでの成長板損傷のための骨バー形成および潜在的な治療法を調査するための成長板損傷モデルを作成する方法を詳述する。このラットモデルは、成長板損傷の28日後に骨バーが完全に成熟しているので、比較的安価で迅速な研究を可能にする。 インビボでの骨形成の分子機構の理解を発展させることに加えて、このモデルは、骨形成を阻害し、成長プレート軟骨の再生を促進する生体材料を試験するために使用され得る。
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Disclosures
著者は何も開示することはない。
Acknowledgments
著者らは、ナショナルインスティテュートオブヘルス研究所（NIH）の国立関節炎および筋骨格系疾患および皮膚疾患からの資金援助を、受賞番号R03AR068087、コロラド大学医学部のアカデミックエンリッチメント基金、および再生医学のゲイツセンター。この研究は、NIH / NCATS Colorado CTSAグラント番号UL1 TR001082でも支持されていました。内容は著者の唯一の責任であり、必ずしも公式NIHの見解を示すものではありません。
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| 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 x 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 | |
| 9 mm 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
- 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).
