Calvarial modell av ben förstärkning i kanin för bedömning av bentillväxt och kärlnybildning i ben ersättning material

Summary

Här presenterar vi ett kirurgiskt protokoll på kaniner med syfte att bedöma benersättningsmaterial i form av benregenereringskapacitet. Genom att använda PEEK cylindrar fast på kanin dödskallar, osteoconduction, osteoinduktion, osteogenesis och vasculogenesis induceras av materialen kan utvärderas antingen på levande eller euthanized djur.

Abstract

Den grundläggande principen för kanincalvarial modellen är att odla ny benvävnad vertikalt ovanpå den kortikala delen av skallen. Denna modell möjliggör bedömning av ben ersättning material för oral och kraniofacial ben förnyelse i form av bentillväxt och kärlnybildning stöd. När djuren är sövda och ventilerade (endotrakeal intubation), fyra cylindrar gjorda av polyetereterketon (PEEK) skruvas på skallen, på båda sidor av median och koronala suturer. Fem intramedullära hål borras inom det ben område som avgränsas av varje cylinder, vilket möjliggör inflöde av benmärgsceller. Materialproverna placeras i de cylindrar som sedan stängs. Slutligen, den kirurgiska webbplatsen sys, och djur är vakna. Bentillväxt kan bedömas på levande djur med hjälp av mikrotomografi. När djuren är euthanized, bentillväxt och kärlnybildning kan utvärderas med hjälp av mikrotomografi, immunhistologi och immunofluorescensering. Som utvärderingen av ett materiellt kräver maximum standardisering och kalibrering, calvarial modellerar verkar ideal. Tillgången är mycket enkel, kalibrering och standardisering underlättas genom användning av definierade cylindrar och fyra prov kan bedömas samtidigt. Dessutom kan levande tomografi användas och i slutändan en stor minskning av djur som skall euthanized kan förutses.

Introduction

Den calvarial modell av ben förstoring utvecklades på 90-talet i syfte att optimera begreppet guidad ben förnyelse (GBR) i den orala och kraniofaciala kirurgiska domänen. Den grundläggande principen för denna modell är att odla ny benvävnad vertikalt ovanpå den kortikala delen av skallen. För att göra detta, en reaktor (t. ex., Titan-Dome,-cylinder eller-bur) är fast på skallen för att skydda ben förnyelse utförs av ett transplantat (t. ex., hydrogel, bensubstitut, etc.). Med hjälp av denna modell, Titan eller keramiska burar^1,2,3,4,5,6, GBR membran^{7,8,9 ,10}, Osteogena faktorer^{11,12,13,14,15,16,17}, nytt ben substitut^{12,16,17,18,19,20,21,22,23 , 24 , 25 , 26 , 27 , 28 , 29} eller mekanismen för kärlnybildning under benregenereringsprocessen³⁰ bedömdes.

Från en translationell synvinkel, den calvarial modellen representerar en en-vägg defekt som kan jämföras med en klass IV defekt i käken³¹. Målet är att odla nytt ben över en kortikal yta, utan någon lateral stöd från endogena ben väggar. Modellen är således ytterst stringent och bedömer den verkliga potentialen hos vertikal osteoöverledning över den kortikala delen av benet. Om den modell som beskrivs häri främst är avsedd för bedömning av osteoöverledning i ben ersättningar, kan osteogenes och/eller osteoinduktion också bedömas, liksom vasculogenesis^{1,2,3, 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}.

I huvudsak av etiska, praktiska och ekonomiska skäl, den calvarial modellen utvecklades i kanin där benmetabolism och struktur är ganska relevant jämfört med Human³². Av de 30 ovannämnda referenserna använde 80% kaninkalvarial modell^{1,2,3,4,5,6,7,8 ,9,10,11,12,13,14,15,17,22, 23},^{26,27,28,29,30,33}, vilket visar relevansen av denna djurmodell. I 2008, Busenlechner gruppen överfört calvarial modell till gris, för att möjliggöra en jämförelse av åtta ben ersättningar samtidigt²⁰ (jämfört med två ben ersättningar med kanin). Å andra sidan, vår grupp överfört kanin calvarial modell till får. I korthet placerades Titan kupoler på fårskallar för att karakterisera osteoconduction av en ny 3D-tryckt ben ersättning. Dessa studier tillät oss att utveckla och behärska calvarial modellen och dess analys^16,21.

De tre sista studierna citerade^16,20,21, tillsammans med flera andra utredningar^{12,17,18,19,22, 23},^{24,26,27,28,29}, bekräftade den stora potentialen hos den calvariala modellen som en screening och karakterisering Modell. Men även om de erhållna resultaten var ganska tillfredsställande, påpekade de också vissa begränsningar: (1) användningen av Titan kupoler, som förhindrade röntgen diffusion och i sin tur levande mikro-CT-användning. Dessa kunde inte tas bort före histologisk bearbetning, tvinga forskarna att bädda in proverna i poly (metylmetakrylat) harts (PMMA). De resulterande analyserna var därför till stor del begränsade till topografi. (2) höga finansiella kostnader, särskilt på grund av kostnaden för djuren, och kostnader i samband med logistik, underhåll och kirurgi av djuren. (3) svårigheter att få etiska godkännanden för stora djur.

En nyligen studie av Polo, et al.²⁶ till stor del förbättrat modellen på kanin. Titan kupoler ersattes med stängbara cylindrar som kunde fyllas med en konstant volym av material. Fyra av dessa cylindrar placerades på kanin dödskallar. Vid slutförandet kunde cylindrarna tas bort så att biopsier var metallfria och introducerade mycket mer flexibilitet när det gällde prov bearbetningen. Kaninen calvarial modell blev attraktiv för samtidig testning med lägre kostnader, enkel djurhantering och underlättande av provbearbetning. Genom att dra nytta av den senaste tidens utveckling har vi förbättrat modellen ytterligare genom att ersätta Titan med PEEK för att tillverka cylindrar, vilket möjliggör röntgendiffusion och användning av mikrotomografi på levande djur.

I denna artikel kommer vi att beskriva anestesi och kirurgi processer och Visa exempel på utgångar som kan erhållas med hjälp av detta protokoll, dvs (Immuno-) histologi, histomorphometry, Live och ex vivo mikrotomografi för att utvärdera mekanismerna av ben förnyelse och kvantifiera den nya ben syntesen som stöds av bensubstitut material.

Protocol

I enlighet med schweiziska rättsliga krav godkändes protokollet av en akademisk kommitté och övervakades av kantonala och federala veterinärmyndigheter (auktorisationer n ° GE/165/16 och GE/100/18). 1. särskilda anordningar och djur Cylindrar Maskin cylindrar med laterala stabiliserande flikar av PEEK för att ha innerdiameter på 5 mm, ytterdiameter på 8 mm och en höjd av 5 mm (figur 1). Maskin PEEK mösso…

Representative Results

Den modell som beskrivs häri är tillägnad bedömningen av osteoconduction i ben ersättningar. Osteogenes och-eller osteoinduktion av ben ersättningar antingen (pre-) cellulariserad eller laddad med bioaktiva molekyler kan också bedömas, samt vasculogenesis1,2,3,4, ,5 , 6 , <s…

Discussion

Modellen som beskrivs häri är enkel och bör utvecklas ganska lätt så länge som alla steg följs och utrustningen är lämplig. Som det beskrivna protokollet är en kirurgisk metod, alla steg verkar kritisk och måste följas korrekt. Det är viktigt att utbildas för djurförsök, särskilt i kanin hantering och anestesi. Tveka inte att be om professionell anestetist och veterinär hjälp. Det är viktigt att insistera på den dagliga visuella övervakningen av djur före och efter sutur avlägsnande. Även om hude…

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