Fracture transversale du fémur de la souris avec broche stabilisatrice
Summary
Ce protocole décrit une méthode pour effectuer des fractures sur des souris adultes et surveiller le processus de guérison.
Abstract
La réparation des fractures est une fonction essentielle du squelette qui ne peut pas être modélisée de manière fiable in vitro. Un modèle de blessure chez la souris est une approche efficace pour tester si un gène, un produit génétique ou un médicament influence la réparation osseuse, car les os murins récapitulent les étapes observées lors de la guérison des fractures humaines. Lorsqu’une souris ou un humain casse un os, une réponse inflammatoire est déclenchée et le périoste, une niche de cellules souches entourant l’os lui-même, est activé et se dilate. Les cellules résidant dans le périoste se différencient alors pour former un callosité molle vascularisée. La transition du callosité molle à un callosité dure se produit lorsque les cellules progénitrices squelettiques recrutées se différencient en cellules minéralisantes, et le pontage des extrémités fracturées entraîne l’union osseuse. Le cal minéralisé subit ensuite un remodelage pour restaurer la forme et la structure d’origine de l’os guéri. La guérison des fractures a été étudiée chez la souris à l’aide de divers modèles de blessures. Pourtant, la meilleure façon de récapituler l’ensemble de ce processus biologique est de percer la section transversale d’un os long qui englobe les deux cortex. Ce protocole décrit comment une fracture transversale du fémur stabilisée peut être réalisée en toute sécurité pour évaluer la guérison chez les souris adultes. Un protocole chirurgical comprenant des techniques détaillées de prélèvement et d’imagerie pour caractériser les différentes étapes de la cicatrisation des fractures est également fourni.
Introduction
Les fractures, ruptures dans la continuité de la surface osseuse, se produisent dans tous les segments de la population. Ils deviennent graves chez les personnes dont les os sont fragiles en raison du vieillissement ou d’une maladie, et les coûts des soins de santé liés aux fractures de fragilité devraient dépasser 25 milliards de dollars dans 5 ans 1,2,3,4,5. Comprendre les mécanismes biologiques impliqués dans la réparation des fractures serait un point de départ dans le développement de nouvelles thérapies visant à améliorer le processus de guérison. Des recherches antérieures ont montré que, lors d’une fracture, quatre étapes importantes se produisent qui permettent à l’os de guérir: (1) formation de l’hématome; (2) formation d’un cal fibrocartilagineux; 3° la minéralisation du cal mou pour former l’os; et (4) remodelage de l’os guéri 6,7. De nombreux processus biologiques sont activés pour guérir la fracture avec succès. Tout d’abord, une réponse pro-inflammatoire aiguë est initiée immédiatement après une fracture 6,7. Ensuite, le périoste s’active et se dilate, et les cellules périostées se différencient en chondrocytes pour former un callosité cartilagineuse qui se développe pour combler le vide laissé par les segments osseux perturbés 6,7,8,9. Les cellules neurales et vasculaires envahissent le callosité nouvellement formé pour fournir des cellules supplémentaires et des molécules de signalisation nécessaires pour faciliter la réparation 6,7,8,9,10. En plus de contribuer à la formation de callosités, les cellules périostéales se différencient également en ostéoblastes qui déposent de l’os tissé dans le callosité de pontage. Enfin, les ostéoclastes remodèlent l’os nouvellement formé pour retrouver sa forme et sa structure lamellaire d’origine 7,8,9,10,11. De nombreux groupes ont développé des modèles murins de réparation des fractures. L’un des modèles de fracture les plus anciens et les plus souvent utilisés chez la souris est l’approche d’Einhorn, où un poids est lâché sur la jambe à partir d’une hauteur spécifiquede 12. Le manque de contrôle sur l’angle et la force appliquée pour induire la fracture crée beaucoup de variabilité dans l’emplacement et la taille de la discontinuité osseuse. Par la suite, il en résulte des variations dans la réponse spécifique de guérison des fractures observée. D’autres approches populaires sont l’intervention chirurgicale pour produire un défaut monocortical tibial ou des fractures de stress, des procédures qui induisent des réponses de guérison comparativement plus douces10,13. La variabilité de ces modèles est principalement due à la personne qui effectue la procédure14.
Ici, un modèle détaillé de blessure au fémur de souris permet de contrôler la rupture pour fournir une blessure reproductible et permettre une évaluation quantitative et qualitative de la réparation de la fracture du fémur. Plus précisément, une percée complète dans les fémurs des souris adultes est introduite et stabilise les extrémités de la fracture pour tenir compte du rôle que joue la charge physique dans la guérison osseuse. Les méthodes de prélèvement des tissus et d’imagerie des différentes étapes du processus de guérison à l’aide de l’histologie et de la microterroriste (microCT) sont également fournies en détail.
Protocol
Representative Results
Discussion
Le modèle de blessure détaillé dans ce protocole englobe les quatre étapes significatives observées lors de la guérison des fractures spontanées, y compris (1) la réponse pro-inflammatoire avec la formation de l’hématome, (2) le recrutement de progéniteurs squelettiques du périoste pour former le callosité molle, (3) la minéralisation du callosité par les ostéoblastes et (4) le remodelage de l’os par les ostéoclastes.
L’intervention chirurgicale décrite dans ce manuscrit…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Nous remercions la Dre Vicki Rosen pour son soutien financier et ses conseils dans le cadre du projet. Nous tenons également à remercier le personnel vétérinaire et IACUC de la Harvard School of Medicine pour leurs consultations concernant la technique stérile, le bien-être des animaux et les matériaux utilisés pour développer ce protocole.
Materials
| 23 G x 1 TW IM (0.6 mm x 2 5mm) needle | BD precision | 305193 | Use as guide needle |
| 27 G x 1 ¼ (0.4 mm x 30 mm) | BD precision | 305136 | Use as stabilizing pin |
| 9 mm wound autoclip applier/remover/clips kit | Braintree Scientific, INC | ACS-KIT | |
| Alcian Blue 8 GX | Electron Microscopy Sciences | 10350 | |
| Ammonium hydroxide | Millipore Sigma | AX1303 | |
| Circular blade X926.7 THIN-FLEX | Abrasive technologies | CELBTFSG633 | |
| DREMEL 7700-1/15, 7.2 V Rotary Tool Kit | Dremel | 7700 1/15 | |
| Eosin Y | ThermoScientific | 7111 | |
| Fine curved dissecting forceps | VWR | 82027-406 | |
| Hematoxulin Gill 2 | Sigma-Aldrich | GHS216 | |
| Hydrochloric acid | Millipore Sigma | HX0603-4 | |
| Isoflurane | Patterson Veterinary | 07-893-1389 | |
| Microsurgical kit | VWR | 95042-540 | |
| Orange G | Sigma-Aldrich | 1625 | |
| Phloxine B | Sigma-Aldrich | P4030 | |
| Povidone-Iodine Swabs | PDI | S23125 | |
| SCANCO Medical µCT35 | Scanco | ||
| Slow-release buprenorphine | Zoopharm |
References
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