שבר מכשיר עיצוב ואופטימיזציה פרוטוקול עבור שברים סגורים מיוצב מכרסמים
Summary
המטרה של הפרוטוקול היא לייעל את הפרמטרים דור שבר להניב שברים עקבית. פרוטוקול זה חשבונות עבור הווריאציות גודל העצם, מורפולוגיה שעשויים להתקיים בין בעלי חיים. בנוסף, מתוארת מנגנון שבר חסכונית, מתכוונן.
Abstract
הדור אמין של שברים מיוצב עקבי במודלים של בעלי חיים חיונית להבנת הביולוגיה של התחדשות העצם ולפיתוח הרפוי והתקנים. עם זאת, פגיעה זמין דגמי מוטרדים על ידי עקביות וכתוצאה מכך בעלי חיים מבוזבזים ואת המשאבים נתונים לא מושלם. כדי לטפל בבעיה הזאת של שבר הטרוגניות, מטרת השיטה המתוארת כאן היא למטב שבר דור פרמטרים ספציפיים כל בעל חיים, תשואות שבר עקבי מיקום ושם תבנית. פרוטוקול זה חשבונות עבור וריאציות של גודל העצם, מורפולוגיה יכולה להתקיים בין זנים עכבר, ניתן להתאים לייצר שברים עקבי מינים אחרים, כגון עכברים. בנוסף, מתוארת מנגנון שבר חסכונית, מתכוונן. לעומת טכניקות שבר מיוצב הנוכחי, אופטימיזציה הפרוטוקול לבין המנגנון שבר חדש מדגימים עקביות מוגברת מיוצב שבר דפוסי ובמקומות. שימוש מיטבי פרמטרים ספציפיים לסוג לדוגמה, העליות פרוטוקול המתואר הדיוק של טראומות המושרה, מזעור של הטרוגניות שבר בדרך כלל שנצפתה ונוהלי יצירת שבר סגור.
Introduction
מחקר על ריפוי השבר יש צורך לטפל בבעיה קלינית וכלכלית גדולה. בכל שנה מעל 12 מיליון שברים מטופלים ארצות הברית1, תמחיר 80 מיליארד דולר לכל השנה2. הסבירות זכר או נקבה סבל שבר ךלהמב הוא 25% ו-44%, בהתאמה-3. בעיות הקשורות שבר ריפוי צפויים לגדול עם מחלות רקע מוגבר כמו גילאי האוכלוסייה. כדי ללמוד לפתור בעיה זו, נדרשים דגמים חזקים של שבר הדור, מייצב. מכרסמים מודלים מתאימים באופן אידיאלי למטרה זו. הם מספקים הרלוונטיות הקלינית, יכול להיות שונה כדי כתובת תנאים מסוימים (קרי, מספר פציעות, שברים פתוח, סגור, איסכמי, נגוע). בנוסף שכפול בתרחישים קליניים, מודלים שבר בעלי חיים חשובים להבנת עצם ביולוגיה, המתפתח הרפוי והתקנים. עם זאת, ניסיונות ללמוד על ההבדלים בין התערבויות עשוי מסובך בגלל השונות שהוצגו על ידי דור שבר לא עקבי. לפיכך, יצירת שברים סגורים באופן עקבי הדירים במודלים של בעלי חיים הוא חיוני בתחום המחקר השלד והשרירים.
למרות כראוי השליטה על פוטנציאל הטרוגניות הנושא על-ידי הבטחת את הרקע הגנטי המתאים מין, גיל, תנאים סביבתיים, הייצור של פציעות הרלוונטית קלינית עצם עקבית הוא משתנה משמעותית להשפיע הפארמצבטית חייבים להיות מבוקרים. השוואות סטטיסטי באמצעות שברים לא עקבי מוטרדים עם רעש ניסיוני, השתנות גבוהה4; בנוסף, השתנות שבר יכול לגרום מיותרים בבעלי חיים למוות בשל הצורך להגדיל את גודל המדגם או בצורך לבצע המתת חסד חיות עם שברים המרוסק או malpositioned. מטרת השיטה המתוארת במסמך זה כדי למטב את הפרמטרים דור שבר הספציפיים לסוג מדגם, תשואות שבר עקבי מיקום ושם תבנית.
המודלים הנוכחיים של שבר דור נחלקים לשתי קטגוריות רחבות, כל אחד עם היתרונות והחסרונות שלהם. מודלים פתוח-שבר (osteotomy) לעבור ניתוח כדי לחשוף את העצם, אחרי אשר שבר הנגרמת על ידי חיתוך העצם או היחלשות זה ולאחר מכן באופן ידני לשבור אותו5,6,7,8. היתרונות של שיטה זו הם פריט חזותי ישיר האתר שבר ו עקבית יותר שבר מיקום התבנית. אולם, הרלוונטיות פיזיולוגיים וקלינית של הגישה ואת מנגנון הפגיעה היא מוגבלת. בנוסף, שיטות פתוח של שבר הדור לדרוש הגישה כירורגי עם סגירת מעגל עם תקופות ממושכות שבמהלכו המכרסמים חשופים לסיכון מוגבר של זיהום.
טכניקות סגור כתובת הרבה המגבלות של הטכניקה פתוחה. טכניקות סגור לייצר שברים באמצעות של טראומה קהה חיצוני אשר גורמת לפגיעה העצם ואת הרקמות הסובבות, יותר דומים לאלה לראות פציעות קליניים אנושי. השיטה הנפוצה ביותר תוארה על-ידי Bonnarens איינהורן ב 19849. הם תיארו גיליוטינה משוקלל בשימוש כדי להקנות את פגיעת לשבור את העצם מבלי לגרום כל פצעי העור החיצוני. שיטה זו אומצה באופן נרחב כדי לחקור את השפעת הגנטיקה10,11, טיפול תרופתי12,13,14,15, מכניקה16, 17, ופיזיולוגיה18,19,20 על עצם לריפוי עכברים וחולדות. היתרון של שיטות סגור הוא שברים רלוונטי מבחינה פיזיולוגית, ניסיוני הפארמצבטית ואת הקשיחות מוגבלים על ידי שבר הטרוגניות. הדור לא עקבי שבר התוצאה הבחנה בין קבוצה מוגבלת, דגימות אבוד, גידול חיות צריך להשיג את מובהקות סטטיסטית.
שליטה ההשתנות ב שבר דור וייצוב חיוני כדי להפיק תוצאות משמעותיות. ללימוד כראוי הביולוגיה של תיקון שבר, דרושה דוגמנית שבר פשוט אך חזקים. המודל אמור להיות לתרגום למינים מכרסמים, סוגי בון (עצם הירך או tibiae, למשל), ועל -פני רקע גנטי העכבר משתנה, המושרה מוטציות. יתר על כן, ההליך אידיאלי צריך להיות פשוט טכנית ומפיקים תוצאות עקביות. אל כתובת שבר הטרוגניות, השיטה המתוארים בזאת היא הבנייה של התקן שבר ומבוקרות היטב יכול לשמש לאחר מכן כדי למטב את הפרמטרים ולהפיק שברים סגורים באופן עקבי ללא קשר לגיל, מין או גנוטיפ.
Protocol
Representative Results
Discussion
פרוטוקול אופטימיזציה ו דור זה שבר מספק חוקרים שיטה יעילה לגזור על שבר פרמטרים ולבצע פרוצדורה פולשנית, אשר מייצרת מדויק, הדיר, רוחבי שברים. בנוסף, פרוטוקול זה מבססת ערכה משותפת של שבר דור פרמטרים, אשר מקדמת את שיטת עקביות בקרב החוקרים. פרמטרים אלה תאפשר יצירת מסד נתונים של שבר נפוצות כדי לקב?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
המחקר דיווח בפרסום זה נתמך על ידי המכון הלאומי של דלקת מפרקים השלד והשרירים ומספר מחלות עור של מכוני הבריאות הלאומיים תחת פרס F30AR071201 ו- R01AR066028.
Materials
| Support Subassembly | Supplementary Figure 1 | ||
| Beam, Support–Jaw Section | 80/20 | 1003 x 9.00 | w/ #7042 at A, C, in Left End |
| Beam, Support–Horizontal Section | 80/20 | 1002 x 14.00 | |
| Beam, Support–Vertical 1 | 80/20 | 1050 x 10.50 | w/ #7042 at A in Left End and at A in Right End |
| Beam, Support–Vertical 2 | 80/20 | 1010 x 10.50 | w/ #7042 at D, B in Left End and at A in Right End |
| Beam, Support–Plate Mount | 80/20 | 1030 x 8.00 | w/ #7036 at Left End |
| Beam, Support–Magnet | 80/20 | 1010 x 13.50 | w/ #7042 at A, C, in Right End |
| Anchors (3) | 80/20 | 3392 | |
| Double Anchor (3) | 80/20 | 3091 | |
| Bolt Assembly (6) | 80/20 | 3386 | 1/4-20 x 3/8" |
| Button Head Socket Cap Screw (6) | 80/20 | 3604 | 1/4-20 x 3/4" |
| Ram Subassembly | Supplementary Figure 2 | ||
| Block, Stop | Custom | Supplementary Figure 3 | |
| Block, Guide | Custom | Supplementary Figure 3 | |
| Rod, Ram | Custom | Supplementary Figure 4 | |
| Alignment Screw | Custom | Supplementary Figure 5 | |
| Plate, Mounting | Custom | Supplementary Figure 6 | |
| Linear Sleeve Bearing (2) | McMaster-Carr | 8649T2 | |
| Hex Nut (3) | McMaster-Carr | 92673A125 | 3/8-16 UNC |
| Socket Cap Screw (8) | McMaster-Carr | 92196A108 | 4/40 x 3/8" |
| Socket Cap Screw (6) | McMaster-Carr | 92196A032 | 4/40 x 1 1/8" |
| Socket Cap Screw (1) | McMaster-Carr | 92196A267 | 10/32 3/8" |
| Magnet Subassembly | Supplementary Figure 7 | ||
| Mount, Magnet | Custom | Supplementary Figure 8 | |
| Power Supply | McMaster-Carr | 70235K23 | |
| Foot Switch | McMaster-Carr | 7376k2 | |
| Electromagnet | McMaster-Carr | 5698k111 | |
| Wire – 10 feet | McMaster-Carr | 9936k12 | |
| Rod, Magnet | McMaster-Carr | 95412A566 | 1/4" Threaded Rod x 7" |
| Corner Bracket (6) | 80/20 | 4108 | |
| Socket Cap Screw (1) | McMaster-Carr | 92196A705 | 10/32 1 1/4" |
| Hex Nut (4) | McMaster-Carr | 92673A113 | 1/4-20 UNC |
| Complete Assembly | Supplementary Figure 9 | ||
| Bracket, Leg Jaw (2) | Custom | Supplementary Figure 10 | |
| Platform, Fracture | Custom | Supplementary Figure 11 | |
| Jig, Positioning-Fracture | Custom | Supplementary Figure 12 | |
| 기타 | |||
| Pin Cutter | Medical Supplies and Equipment | 150S | |
| Needles | Sigma | Z192430, Z192376 | 23g x 1.5" – mouse femur, 27g x 1.25" – mouse tibia |
References
- Corso, P., Finkelstein, E., Miller, T., Fiebelkorn, I., Zaloshnja, E. Incidence and lifetime costs of injuries in the United States. Injury Prevention. 12 (4), 212-218 (2006).
- Nguyen, N. D., Ahlborg, H. G., Center, J. R., Eisman, J. A., Nguyen, T. V. Residual lifetime risk of fractures in women and men. Journal of Bone and Mineral Research: The Official Journal of the American Society for Bone and Mineral Research. 22 (6), 781-788 (2007).
- Thompson, Z., Miclau, T., Hu, D., Helms, J. A. A model for intramembranous ossification during fracture healing. Journal of Orthopaedic Research: Official Publication of the Orthopaedic Research Society. 20 (5), 1091-1098 (2002).
- Cheung, K. M. C., Kaluarachi, K., Andrew, G., Lu, W., Chan, D., Cheah, K. S. E. An externally fixed femoral fracture model for mice. Journal of Orthopaedic Research. 21 (4), 685-690 (2003).
- Connolly, C. K., et al. A reliable externally fixated murine femoral fracture model that accounts for variation in movement between animals. Journal of Orthopaedic Research. 21 (5), 843-849 (2003).
- 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).
- Gröngröft, I., et al. Fixation compliance in a mouse osteotomy model induces two different processes of bone healing but does not lead to delayed union. Journal of Biomechanics. 42 (13), 2089-2096 (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).
- Huang, C., et al. The spatiotemporal role of COX-2 in osteogenic and chondrogenic differentiation of periosteum-derived mesenchymal progenitors in fracture repair. PloS One. 9 (7), 100079 (2014).
- Waki, T., et al. Profiling microRNA expression during fracture healing. BMC Musculoskeletal Disorders. 17, 83 (2016).
- Yee, C. S., et al. Sclerostin antibody treatment improves fracture outcomes in a Type I diabetic mouse. Bone. 82, 122-134 (2016).
- Wong, E., et al. A novel low-molecular-weight compound enhances ectopic bone formation and fracture repair. The Journal of Bone and Joint Surgery. American Volume. 95 (5), 454-461 (2013).
- Prodinger, P. M., et al. Does Anticoagulant Medication Alter Fracture-Healing? A Morphological and Biomechanical Evaluation of the Possible Effects of Rivaroxaban and Enoxaparin Using a Rat Closed Fracture Model. PloS One. 11 (7), 0159669 (2016).
- Menzdorf, L., et al. Local pamidronate influences fracture healing in a rodent femur fracture model: an experimental study. BMC Musculoskeletal Disorders. 17, 255 (2016).
- Hagiwara, Y., et al. Fixation stability dictates the differentiation pathway of periosteal progenitor cells in fracture repair. Journal of Orthopaedic Research: Official Publication of the Orthopaedic Research Society. 33 (7), 948-956 (2015).
- Gardner, M. J., et al. Differential fracture healing resulting from fixation stiffness variability: a mouse model. Journal of Orthopaedic Science: Official Journal of the Japanese Orthopaedic Association. 16 (3), 298-303 (2011).
- Catma, M. F., et al. Remote ischemic preconditioning enhances fracture healing. Journal of Orthopaedics. 12 (4), 168-173 (2015).
- Lichte, P., et al. Impaired Fracture Healing after Hemorrhagic Shock. Mediators of Inflammation. 2015, 132451 (2015).
- Lopas, L. A., et al. Fractures in geriatric mice show decreased callus expansion and bone volume. Clinical Orthopaedics and Related Research. 472 (11), 3523-3532 (2014).
- Bonnarens, F., Einhorn, T. A. Production of a standard closed fracture in laboratory animal bone. Journal of orthopaedic research. 2 (1), 97-101 (1984).
- Marturano, J. E., et al. An improved murine femur fracture device for bone healing studies. Journal of Biomechanics. 41 (6), 1222-1228 (2008).
- Jackson, R. W., Reed, C. A., Israel, J. A., Abou-Keer, F. K., Garside, H. Production of a standard experimental fracture. Canadian Journal of Surgery. Journal Canadien De Chirurgie. 13 (4), 415-420 (1970).
- Byrne, M., Cleveland, B., Marturano, J., Wixted, J., Billiar, K. Design of a reproducible murine femoral fracture device. Conference: Bioengineering Conference, 2007. NEBC ’07. IEEE 33rd Annual Northeast. , (2007).
- Carter, D. R., Hayes, W. C. Compact bone fatigue damage-I. Residual strength and stiffness. Journal of Biomechanics. 10 (5), 325-337 (1977).
- McGee, A., Qureshi, A., Porter, K. Review of the biomechanics and patterns of limb fractures. Trauma. 6 (1), 29-40 (2004).
