מודל calvarial של הגדלת עצם בארנב להערכת צמיחת העצם ונינובאסקולריזציה בחומרים החלפת עצם
Summary
כאן אנו מציגים פרוטוקול כירורגי ארנבים עם המטרה להעריך חומרים החלפת עצם במונחים של יכולות התחדשות העצם. על-ידי שימוש בגלילים הצצה הקבועים על גולגלות הארנבים, האוסטאופהלוגיה, אוסטורגנזה, אוסטג’נסיס וביוקולוגנזה הנגרמת על ידי החומרים עשויים להיות מוערכים על בעלי חיים חיים או מורדמים.
Abstract
העיקרון הבסיסי של מודל כיפת ארנב הוא לגדל רקמת עצם חדשה אנכית על גבי החלק של קליפת המוח של הגולגולת. מודל זה מאפשר הערכה של חומרים החלפת עצם עבור התחדשות העצם אוראלי הגולגולת במונחים של צמיחת העצם ו ניאוואסקולריזציה תמיכה. לאחר בעלי חיים הם מורדם ומאוורר (אנציקנה צנרור), ארבעה צילינדרים עשוי פוליאטר אתר קטון (מבט חטוף) הם דפקו על הגולגולת, משני צידי החציון ותפרים ילתית. חמש החורים הפנימי הם קדח בתוך אזור העצם מופרדים על ידי כל גליל, המאפשר זרם של תאים מח עצם. דגימות החומר ממוקמות לתוך הצילינדרים שנסגרו לאחר מכן. לבסוף, האתר הכירורגי משמים, ובעלי חיים הם להתעורר. צמיחת עצם עשויה להיות מוערך על חיות חיים באמצעות microtomography. לאחר בעלי חיים מורדמים, צמיחה עצם ו ניאוואסקולריזציה ניתן להעריך באמצעות microtomography, היסטולוגיה-החיסונית ו immunofluorescence. כאשר הערכה של חומר דורשת סטנדרטיזציה מקסימלית וכיול, מודל כיפת מופיע אידיאלי. Access קל מאוד, כיול וסטנדרטיזציה הם הקלה על ידי שימוש של צילינדרים מוגדרים ארבע דגימות ניתן להעריך בו. יתרה מזאת, ניתן להשתמש בטומוגרפיה חיה ובסופו של דבר ירידה גדולה בבעלי חיים מורדמים.
Introduction
מודל כיפת של הגדלת העצם פותחה בשנת 90 עם המטרה כדי לייעל את הרעיון של התחדשות עצם מודרך (gbr) בתחום כירורגי אוראלי הגולגולת. העיקרון הבסיסי של המודל הזה הוא לגדל רקמת עצם חדשה אנכית על גבי החלק של קליפת המוח של הגולגולת. כדי לעשות זאת, כור (למשל, טיטניום כיפה,-גליל או כלוב) הוא קבוע על הגולגולת כדי להגן על התחדשות העצם שנערך על ידי השתל (למשל, הידרוג’ל, עצם תחליף, וכו ‘). בעזרת מודל זה, טיטניום או כלובים קרמיים1,2,3,4,5,6, ממברנות gbr7,8,9 ,10, גורמים אוסטגניים11,12,13,14,15,16,17, עצם חדש מחליפים12,16,17,18,19,20,21,22,23 , בת 24 , מיכל בן 25 , מיכל בן 26 , בן 27 , מיכל בן 28 , 29 או המנגנון של ניאוואסקולריזציה במהלך תהליך התחדשות העצם30 העריכו.
מנקודת מבט טרנסלבית, מודל הקאלוריון מייצג פגם בקיר אחד שניתן להשוותו לפגם בדרגה הרביעית בלסת31. המטרה היא לגדל עצם חדש מעל אזור קורטיקלית, ללא תמיכה לרוחב של קירות עצם אנדוגניים. המודל הוא ולכן מחמיר מאוד ומעריך את הפוטנציאל האמיתי של אוסטאנהולכה אנכית על החלק הקורטיקלי של העצם. אם המודל המתואר בזאת מוקדש בעיקר להערכת האוסטאופת בתחליפי עצמות, ניתן להעריך גם אוסטגנזה ו/או אוסטיואינדוקציה, כמו גם ואסיקולוגנזה1,2,3, 4,5,6,7,8,9,10,11,12,13 ,14,15,16,17,18,19,20,21,22 ,23,24,25,26,27,28,29,30.
למעשה עבור מסיבות אתיות, מעשיות וכלכליות, מודל כיפת פותחה בארנב שבו חילוף החומרים ומבנה העצם הם רלוונטיים בהשוואה לאדם32אנושי. של 30 ההפניות המצוטטות לעיל, 80% השתמשו במודל הארנב1,2,3,4,5,6,7,8 ,9,10,11, 12,13,14,15,17,22, 23,26,27,28,29,30,33, ובכך מדגימים את הרלוונטיות של דגם בעל חיים זה. בשנת 2008, הקבוצה של בוסקנר העבירה את מודל כיפת לחזיר, כדי לאפשר השוואה של שמונה תחליפי עצמות בו זמנית20 (בהשוואה לשתי תחליפי עצמות עם הארנב). מצד שני, הקבוצה שלנו העבירה את המודל הקלוריון של הארנב לכבשים. בקצרה, כיפות טיטניום הונחו על גולגלות כבשים כדי לאפיין את אוסטאנההולכה של תחליף העצם המודפס החדש 3D. מחקרים אלה אפשרו לנו לפתח ולשלוט במודל הקלוריון ובניתוח16,21.
שלושת המחקרים האחרונים ציינו16,20,21, יחד עם מספר חקירות נוספות12,17,18,19,22, 23,24,26,27,28,29, אישר את הפוטנציאל הגדול של מודל כיפת כהקרנה ואפיון ודל. עם זאת, למרות שהתוצאות התקבלו היו די מספקות, הם גם הצביעו על כמה מגבלות: (1) השימוש של כיפות טיטניום, אשר מנעו דיפוזיה רנטגן ו בתורו חי מיקרו-CT שימוש. אלה לא ניתן להסיר לפני עיבוד היסטולוגית, לאלץ את החוקרים להטביע את הדגימות ב-שרף (מתיל מתיונין) (PMMA). לפיכך, הניתוחים שהתקבלו היו מוגבלים במידה רבה לטופוגרפיה. (2) עלויות פיננסיות גבוהות במיוחד בשל העלות של בעלי החיים, והעלויות הקשורות ללוגיסטיקה, אחזקה וניתוח בעלי החיים. (3) קשיים להשיג אישורים אתיים לבעלי חיים גדולים.
מחקר שנערך לאחרונה על ידי פולו, ואח ‘26 שיפרה במידה רבה את המודל על הארנב. כיפות טיטניום הוחלפו על ידי צילינדרים קלובל כי יכול להיות מלא בנפח קבוע של חומר. ארבעה מהצילינדרים האלה. הושמו על גולגולות ארנבים בסיום, ניתן להסיר את הגלילים כך שביופסיות יהיו חופשיות מתכת, המציגים גמישות רבה יותר בנוגע לעיבוד המדגם. מודל כיפת הארנב הפך אטרקטיבי עבור בדיקות סימולטני עם עלויות נמוכות יותר, בעלי חיים קלים טיפול והקלה על עיבוד לדוגמה. ניצול ההתפתחויות האחרונות, יש לנו שיפור נוסף המודל על ידי החלפת טיטניום עם מבט לייצר צילינדרים, ובכך לאפשר דיפוזיה רנטגן ושימוש microtomography על חיות חיים.
במאמר זה, ניתן לתאר את תהליכי ההרדמה וניתוח ולהראות דוגמאות של תפוקות שניתן להשיג באמצעות פרוטוקול זה, כלומר, (אימונו-) היסטולוגיה, histomorphometry, לחיות ולשעבר vivo מיקרוטומוגרפיה כדי להעריך את מנגנוני העצם התחדשות ומכמת את סינתזה העצם החדש נתמך על ידי חומרים תחליף עצם.
Protocol
Representative Results
Discussion
המודל המתואר בזאת הוא פשוט ויש לפתח בקלות רבה כל עוד הצעדים מיועדים והציוד מתאים. כאשר הפרוטוקול המתואר הוא שיטה כירורגית, כל השלבים נראים קריטיים ויש לעקוב כראוי. זה קריטי להיות מאומן עבור ניסויים בבעלי חיים, במיוחד בטיפול בארנבים והרדמה. אל תהססו לבקש עזרה ההרדמה מקצועית והוטרינר. חשוב ל…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
המחברים הם אסירי תודה לגייסטלליך AG (Wolhusen, CH) ואת הקרן אוסטאופולוגיה (לוצרן, CH) (להעניק n ° 18-049) עבור תמיכתם, כמו גם גלובל D (בריג, FR) לספק את הברגים. תודה מיוחדת. לדוקטור ב. שפר מגייסטלליך אנחנו גם אסירי תודה לאליאן דובואה וקלייר הרמן על עיבוד היסטולוגית מעולה ועצות יקרות שלהם. לבסוף, אנו מכירים בחום את אקסבייר בלין, סילבי Roulet ואת כל הצוות של Pr וליד Habre, “ניתוח ניסיוני Dpt”, על הסיוע הטכני המדהימה שלהם.
Materials
| Drugs | |||
| Enrofloxacine Baytril 10% | Bayer | Antibiotic | |
| Fentanyl | Bischel | For analgesia | |
| Ketalar 50mg/ml | Pfizer | Ketamine for anesthesia | |
| Lidohex | Bichsel | Lubricating gel for the eyes | |
| Opsite | Smith and Nephew | 66004978 | Sprayable dressing |
| Povidone iodine 10%, Betadine | Mundipharma | anti-infective agent | |
| Propofol 2% | Braun | 3538710 | For anesthesia |
| Rapidocain 2% | sintetica | Local anesthesia | |
| Ringer-acetate | Fresenius Kabi | Volume compensation | |
| Rompun 2% | Bayer | Xylazin for anesthesia | |
| Sevoflurane 5% | Abbvie | For anesthesia | |
| Sterile saline | Sintetica | ||
| Temgesic | Reckitt Benckiser | Buprenorphine hydrochloride, analgesia | |
| Thiopental Inresa | Ospediala | For anesthesia | |
| Xylocaine 10% spray | Astra Zeneca | For intubation | |
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Equipment | |||
| Fresenius Vial pilot C | Imexmed | Infusion pump | |
| Heated pad | Harvard Apparatus | ||
| Suction dominant 50 | Medela | ||
| Suction tubing Optimus | Promedical | 80342.2 | |
| Surgical motor | Schick dental | Qube | Drilling of intramedullary holes |
| Ventilation | Maquet Servo1 | ||
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Material | |||
| Cylinders and caps | Boutyplast | Customized | composition: PEEK (poly ether ether ketone) |
| Manual self-retaining shaft | GlobalD | ACT1K | |
| Mobile handle for self-retaining shaft | GlobalD | MTM | |
| Self- drilling screws | GlobalD | VA1.2KL4 | cross-drive screws composed by Titanium grade5, ISO 5832-3 |
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Surgical tray | |||
| Endotracheal tube Shiley diameter 2,5mm | Covidien | 86233 | For intubation |
| Endotracheal tube Shiley diameter 4,9mm | Covidien | 107-35G | For intubation |
| Ethicon prolene 4-0 | Ehticon | 8581H | Non-resorbable suture |
| Forceps | Marcel Blanc | BD027R | 145 mm |
| Intubation catheter | Cook medical | Guide for intubation | |
| Needlle holder | Marcel Blanc | BM008R | |
| Needles BD Microlance3 | Becton Dickinson | 300300/304622 | 26G; 18G |
| Periosteal | HU-Friedy | P9X | |
| Round surgical burs | Patterson | 78000 | 0.8 mm in diameter, Drilling of intramedullary holes |
| Scalpel | Swann-Morton | n°10 and n°15 | |
| Scissors | Marcel Blanc | 00657 | 180 mm |
| Syringes Omnifix | Braun | 4616057V | 5ml, 10ml and 50ml |
| Venflon G22 | Braun | 42690985-01 | Vasofix safety for the ear iv line |
References
- Anderud, J., et al. Guided bone augmentation using a ceramic space-maintaining device. Oral Surgery, Oral Medicine, Oral Pathology and Oral Radiology. 118 (5), 532-538 (2014).
- Lundgren, A. K., Lundgren, D., Hammerle, C. H., Nyman, S., Sennerby, L. Influence of decortication of the donor bone on guided bone augmentation. An experimental study in the rabbit skull bone. Clinical Oral Implants Research. 11 (2), 99-106 (2000).
- Lundgren, D., Lundgren, A. K., Sennerby, L., Nyman, S. Augmentation of intramembraneous bone beyond the skeletal envelope using an occlusive titanium barrier. An experimental study in the rabbit. Clinical Oral Implants Research. 6 (2), 67-72 (1995).
- Slotte, C., Lundgren, D. Impact of cortical perforations of contiguous donor bone in a guided bone augmentation procedure: an experimental study in the rabbit skull. Clinical Implant Dentistry and Relat Research. 4 (1), 1-10 (2002).
- Tamura, T., et al. Three-dimensional evaluation for augmented bone using guided bone regeneration. Journal of Periodontal Research. 40 (3), 269-276 (2005).
- Yamada, Y., et al. Correlation in the densities of augmented and existing bone in guided bone augmentation. Clinical Oral Implants Research. 23 (7), 837-845 (2012).
- Chierico, A., et al. Electrically charged GTAM membranes stimulate osteogenesis in rabbit calvarial defects. Clinical Oral Implants Research. 10 (5), 415-424 (1999).
- Ikeno, M., Hibi, H., Kinoshita, K., Hattori, H., Ueda, M. Effects of the permeability of shields with autologous bone grafts on bone augmentation. International Journal of Oral and Maxillofacial Implants. 28 (6), e386-e392 (2013).
- Ito, K., Nanba, K., Murai, S. Effects of bioabsorbable and non-resorbable barrier membranes on bone augmentation in rabbit calvaria. Journal of Periodontology. 69 (11), 1229-1237 (1998).
- Lee, Y. M., et al. Enhanced bone augmentation by controlled release of recombinant human bone morphogenetic protein-2 from bioabsorbable membranes. Journal of Periodontology. 74 (6), 865-872 (2003).
- Fugl, A., et al. S-nitroso albumin enhances bone formation in a rabbit calvaria model. International Journal of Oral and Maxillofacial Surgery. 43 (3), 381-386 (2014).
- Ikeno, M., Hibi, H., Kinoshita, K., Hattori, H., Ueda, M. Effects of self-assembling peptide hydrogel scaffold on bone regeneration with recombinant human bone morphogenetic protein-2. International Journal of Oral and Maxillofacial Implants. 28 (5), e283-e289 (2013).
- Ito, K., et al. Effects of ipriflavone on augmented bone using a guided bone regeneration procedure. Clinical Oral Implants Research. 18 (1), 60-68 (2007).
- Jung, R. E., Hammerle, C. H., Kokovic, V., Weber, F. E. Bone regeneration using a synthetic matrix containing a parathyroid hormone peptide combined with a grafting material. International Journal of Oral and Maxillofacial Implants. 22 (2), 258-266 (2007).
- Minegishi, T., et al. Effects of ipriflavone on bone augmentation within a titanium cap in rabbit calvaria. Journal of Oral Science. 44 (1), 7-11 (2002).
- Moussa, M., et al. Medium-Term Function of a 3D Printed TCP/HA Structure as a New Osteoconductive Scaffold for Vertical Bone Augmentation: A Simulation by BMP-2 Activation. Materials. 8 (5), 2174-2190 (2015).
- Thoma, D. S., Kruse, A., Ghayor, C., Jung, R. E., Weber, F. E. Bone augmentation using a synthetic hydroxyapatite/silica oxide-based and a xenogenic hydroxyapatite-based bone substitute materials with and without recombinant human bone morphogenetic protein-2. Clinical Oral Implants Research. 26 (5), 592-598 (2014).
- Busenlechner, D., et al. Resorption of deproteinized bovine bone mineral in a porcine calvaria augmentation model. Clinical Oral Implants Research. 23 (1), 95-99 (2012).
- Busenlechner, D., et al. Paste-like inorganic bone matrix: preclinical testing of a prototype preparation in the porcine calvaria. Clinical Oral Implants Research. 20 (10), 1099-1104 (2009).
- Busenlechner, D., et al. Simultaneous in vivo comparison of bone substitutes in a guided bone regeneration model. Biomaterials. 29 (22), 3195-3200 (2008).
- Carrel, J. P., et al. A 3D printed TCP/HA structure as a new osteoconductive scaffold for vertical bone augmentation. Clinical Oral Implants Research. 27 (1), 55-62 (2016).
- Murai, M., et al. Effects of different sizes of beta-tricalcium phosphate particles on bone augmentation within a titanium cap in rabbit calvarium. Dental Materials Journal. 25 (1), 87-96 (2006).
- Nishida, T., et al. Effects of bioactive glass on bone augmentation within a titanium cap in rabbit parietal bone. Journal of Periodontology. 77 (6), 983-989 (2006).
- Nyan, M., et al. Feasibility of alpha tricalcium phosphate for vertical bone augmentation. Journal of Investigating and Clinical Dentistry. 5 (2), 109-116 (2012).
- Polimeni, G., et al. Histopathological observations of a polylactic acid-based device intended for guided bone/tissue regeneration. Clinical Implant Dentistry and Related Research. 10 (2), 99-105 (2008).
- Polo, C. I., et al. Effect of recombinant human bone morphogenetic protein 2 associated with a variety of bone substitutes on vertical guided bone regeneration in rabbit calvarium. Journal of Periodontology. 84 (3), 360-370 (2013).
- Slotte, C., Lundgren, D., Burgos, P. M. Placement of autogeneic bone chips or bovine bone mineral in guided bone augmentation: a rabbit skull study. International Journal of Oral and Maxillofacial Implants. 18 (6), 795-806 (2003).
- Tamimi, F. M., et al. Bone augmentation in rabbit calvariae: comparative study between Bio-Oss and a novel beta-TCP/DCPD granulate. Journal of Clinical Periodontology. 33 (12), 922-928 (2006).
- Torres, J., et al. Effect of solely applied platelet-rich plasma on osseous regeneration compared to Bio-Oss: a morphometric and densitometric study on rabbit calvaria. Clinical Implant Dentistry and Related Research. 10 (2), 106-112 (2008).
- Yamada, Y., et al. Angiogenesis in newly augmented bone observed in rabbit calvarium using a titanium cap. Clinical Oral Implants Research. 19 (10), 1003-1009 (2008).
- Cordaro, L., Terheyden, H., Wismeijer, D., Chen, S., Buser, D. . ITI Treatment Guide. 7, (2014).
- Pearce, A. I., Richards, R. G., Milz, S., Schneider, E., Pearce, S. G. Animal models for implant biomaterial research in bone: A review. European Cells & Materials. 13, 1-10 (2007).
- Min, S., et al. Effects of marrow penetration on bone augmentation within a titanium cap in rabbit calvarium. Journal of Periodontology. 78 (10), 1978-1984 (2007).
- Braun, T. M., Giannobile, W. V., Nevins, M. Ch. 4. Osteology guidelines for oral and maxillofacial regeneration Preclinical models for translational research. , 31-43 (2011).
- Doro, D. H., Grigoriadis, A. E., Liu, K. J. Calvarial Suture-Derived Stem Cells and Their Contribution to Cranial Bone Repair. Frontiers in Physiology. 8, 956 (2017).
- Russel, W., Burch, R. . The principles of humane experimental technique. , (1959).
- Asvanund, P., Chunhabundit, P. Alveolar bone regeneration by implantation of nacre and B-tricalcium phosphate in guinea pig. Implant Dentistry. 21 (3), 248-253 (2012).
- Gielkens, P. F., et al. Gore-Tex as barrier membranes in rat mandibular defects: an evaluation by microradiography and micro-CT. Clinical Oral Implants Research. 19 (5), 516-521 (2008).
- Lioubavina, N., Kostopoulos, L., Wenzel, A., Karring, T. Long-term stability of jaw bone tuberosities formed by "guided tissue regeneration". Clinical Oral Implants Research. 10 (6), 477-486 (1999).
- Mardas, N., Kostopoulos, L., Stavropoulos, A., Karring, T. Osteogenesis by guided tissue regeneration and demineralized bone matrix. Journal of Clinical Periodontology. 30 (3), 176-183 (2003).
- Stavropoulos, A., Kostopoulos, L., Mardas, N., Nyengaard, J. R., Karring, T. Deproteinized bovine bone used as an adjunct to guided bone augmentation: an experimental study in the rat. Clinical Implant Dentistry and Related Research. 3 (3), 156-165 (2001).
- Stavropoulos, A., Kostopoulos, L., Nyengaard, J. R., Karring, T. Deproteinized bovine bone (Bio-Oss) and bioactive glass (Biogran) arrest bone formation when used as an adjunct to guided tissue regeneration (GTR): an experimental study in the rat. Journal of Clinical Periodontology. 30 (7), 636-643 (2003).
- Stavropoulos, A., Kostopoulos, L., Nyengaard, J. R., Karring, T. Fate of bone formed by guided tissue regeneration with or without grafting of Bio-Oss or Biogran. An experimental study in the rat. Journal of Clinical Periodontology. 31 (1), 30-39 (2004).
- Stavropoulos, A., Nyengaard, J. R., Kostopoulos, L., Karring, T. Implant placement in bone formed beyond the skeletal envelope by means of guided tissue regeneration: an experimental study in the rat. Journal of Clinical Periodontology. 32 (10), 1108-1115 (2005).
- Thomaidis, V., et al. Comparative study of 5 different membranes for guided bone regeneration of rabbit mandibular defects beyond critical size. Medical Science Monitor. 14 (4), (2008).
- Zhang, J. C., et al. The repair of critical-size defects with porous hydroxyapatite/polyamide nanocomposite: an experimental study in rabbit mandibles. International Journal of Oral and Maxillofacial Surgery. 39 (5), 469-477 (2010).
- Zhang, X., et al. Osteoconductive effectiveness of bone graft derived from antler cancellous bone: an experimental study in the rabbit mandible defect model. International Journal of Oral and Maxillofacial Surgery. 41 (11), 1330-1337 (2012).
- Bronoosh, P., et al. Effects of low-intensity pulsed ultrasound on healing of mandibular bone defects: an experimental study in rabbits. International Journal of Oral and Maxillofacial Surgery. 44 (2), 277-284 (2015).
- Gomes, F. V., et al. Low-level laser therapy improves peri-implant bone formation: resonance frequency, electron microscopy, and stereology findings in a rabbit model. International Journal of Oral and Maxillofacial Surgery. 44 (2), 245-251 (2014).
- Lalani, Z., et al. Spatial and temporal localization of secretory IgA in healing tooth extraction sockets in a rabbit model. Journal of Oral and Maxillofacial Surgery. 62 (4), 466-472 (2004).
- Osorio, L. B., et al. Post-extraction evaluation of sockets with one plate loss–a microtomographic and histological study. Clinical Oral Implants Research. 27 (1), 31-38 (2014).
