Einstellbare Steifheit, Fixateur externe für die Ratte Femurosteotomie und segmentale Knochendefekt Modelle
Summary
One constraint of preclinical research in the field of bone repair is the lack of experimental control over the local mechanical environment within a healing bone lesion. We report the design and use of an external fixator for bone repair with the ability to change fixator stiffness in vivo.
Abstract
Die mechanische Umgebung der Heilung von gebrochenen Knochen ist sehr wichtig, da es die Art und Weise der Bruch heilt bestimmt. In den vergangenen zehn Jahren hat es große klinische Interesse an der Verbesserung der Knochenheilung durch die Veränderung der Umwelt durch mechanische Fixierung Stabilität in der Läsion. Eine Einschränkung der präklinischen Tierforschung in diesem Bereich ist der Mangel an experimentellen Kontrolle über die lokalen mechanischen Umgebung innerhalb eines großen segmentalen Defekt sowie Osteotomien, wie sie zu heilen. In diesem Papier auf die Gestaltung und die Verwendung von einem externen Fixateur berichten wir, um die Heilung von großen Knochendefekten oder segmentale Osteotomien studieren. Diese Vorrichtung ermöglicht nicht nur eine kontrollierte axiale Steifigkeit auf der Knochenbefall, wie es heilt, sondern es ermöglicht auch die Änderung der Steifigkeit während des Heilungsprozesses in vivo. Die durchgeführten Versuche haben gezeigt, dass die Fixiereinrichtungen konnten eine 5 mm Schenkeldefekt Spalt aufrechtzuerhalten bei Ratten in vivo während uneingeschränkte KäfigAktivität für mindestens 8 Wochen. Ebenso beobachteten wir keine Verzerrung oder Infektionen, einschließlich Infektionen Stift während des gesamten Heilungsphase. Diese Ergebnisse zeigen, dass die neu entwickelten Fixateur externe konnte reproduzierbar und standardisierte Stabilisierung zu erreichen, und die Veränderung der mechanischen Umgebung des in vivo-Ratten großen Knochendefekten und verschiedene Größe Osteotomien. Dies bestätigt, dass der externe Fixateur ist für die präklinische Forschung Untersuchungen mit einem Rattenmodell auf dem Gebiet der Knochenregeneration und Reparatur gut geeignet.
Introduction
Eine Reihe von Studien haben unser Verständnis der biologischen Mechanismen der Knochengewebereparatur beteiligt 1-6 verbessert. Die Auswirkungen der mechanischen Bedingungen auf die Knochenreparatur, wie axial, Scherung und interfragmentäre Bewegungen (IFM) wurden ausgiebig 7-15 sucht. In den letzten Jahren begann immer mehr Studien entstehen beschreibt den Einfluss der mechanischen Umgebung auf die Knochenheilung mit Fraktur, Osteotomie und großen Segmentknochendefekt in-vivo-Modellen. Daher sind zuverlässige Fixierung Methoden erforderlich, um reproduzierbare und zuverlässige Ergebnisse zu erhalten Studie.
Die mechanische Umgebung der Bruchheilung ist sehr wichtig, da es die Art und Weise der Bruch heilt bestimmt. Somit ist die Wahl der Befestigungsvorrichtung sehr wichtig und sollte in Abhängigkeit von der Studiendesign sorgfältig ausgewählt werden, und anderen Faktoren, wie der Spaltgröße und der Art der Fraktur. Mechanischen Eigenschaften der Befestigungsvorrichtung einre noch wichtiger, wenn die Untersuchung der Knochenheilung von großen Knochendefekten, eine Fixierung, die nicht nur eine konstante Spaltgröße während des Experiments Zeitraum von Vollbelastung, sondern auch eine ideale Umgebung für die mechanische Heilung Knochen bietet etablieren. Fixateur externe sind häufig in Fraktur und großen Knochendefekt experimentellen Heil Modelle verwendet, weil sie einen Vorteil gegenüber anderen Fixierungsvorrichtungen haben. Der Hauptvorteil der externen Fixatoren sind, dass sie erlauben die Änderung der mechanischen Umgebung an der Defektstelle in vivo ohne sekundäre Intervention, die durch eine Änderung oder Einstellung der Stabilisierungsstange der Vorrichtung während des Verlaufs des Experiments als die erreicht werden kann, Knochenheilung fortschreitet. Darüber hinaus erlaubt es die Anwendung der spezifischen lokalen mechanischen Stimulation, um die Reparatur von Knochen zu verbessern, und bietet auch die Möglichkeit, die Steifigkeit des Kallus in vivo zu messen. Dennoch sind die Geräte haben auch ein paar Nachteile, ua: Irritation des Weichgewebes, Infektionen und Pin Bruch.
Leider waren solche Implantate nicht "von der Stange" zu der Zeit der Implantatentwicklung, und Ermittler wurden gezwungen, um benutzerdefinierte entwerfen ihre eigenen Fixateur für bestimmte Anwendungen. Daher eine Einschränkung der Forschung in diesem Bereich war der Mangel an experimentellen Kontrolle über die lokalen mechanischen Umgebung innerhalb eines großen segmentalen Defekt sowie Osteotomien, wie es heilt. Die mechanischen Eigenschaften eines Fixateur externe werden definiert und kann moduliert werden, indem eine große Anzahl von Variablen, die umfassen: die Entfernung zwischen den Stiften, Stiftdurchmesser, Stiftmaterial, die Anzahl der Stifte, Fixateur Länge, Fixateur Taktnummer, Fixateur Stangenmaterial, Fixateur bar Dicke und der Abstand von der Knochenoberfläche an den Fixateur bar (Offset). Überraschenderweise konnte nur eine geringe Zahl von Untersuchungen festgestellt, daß die mechanische Beiträge der einzelnen Komponenten untersucht haben,der Fixateur oder ganze Rahmenkonfigurationen in Nagerstudien 16,18,28 verwendet. Zum Beispiel zeigten die Ergebnisse einer Studie, dass einer der Hauptgründe, die Gesamtsteifigkeit der Befestigungs Konstrukt wurde durch die Flexibilität der Stifte in Bezug auf die Offset-, Durchmesser und Materialeigenschaften 28 dominiert. Die Ergebnisse der oben genannten Studien deuten klar darauf hin, dass die Kenntnis der mechanischen Umgebung der Fixiervorrichtung vorgesehen ist äußerst wichtig, und doch in vielen Fällen ist nicht im Detail untersucht. Die vorliegende Papier berichtet das Design, die Spezifikationen und in vivo Implantation eines Fixateur externe, die dieses Problem behebt. Dieser Fixateur ermöglicht auch die Modulation der mechanischen Umgebung dadurch den Heilungsprozess, eine Eigenschaft, die die Untersuchung der mechanisch-Empfindlichkeit der unterschiedlichen Stadien des Heilungsprozesses in vivo ermöglicht. Zusätzlich sowie zur Einführung eines kontrollierten und reproduzierbaren lokale Mechanikeral-Umgebung können die Zugänglichkeit auch für die Modulation dieser Umgebung in verschiedenen Stadien der Knochenheilung.
Der Fixateur wir entworfen wurde, auf externe Fixation, die weithin für Frakturfixierung 16-21 und großen Defekt Modelle in Versuchstieren 22-27 verwendet wird. Der Unterschied zwischen unseren Fixateur externe und der anderen vorhandenen Motiven in der Literatur berichtet ist, dass ihre Stabilität Stange mit Schrauben befestigt ist, um einen festen Griff mit Kirschnerdrähten (K-Drähte) haben. Diese Art der Konstruktion erfordert Schrauben nachgezogen werden alle zwei Wochen (manchmal sogar wöchentlich), um sicherzustellen, dass der Abstand des Offset wird beibehalten, wie die Belastung durch Gewichtsbelastung, um die Lockerung des Stabilitäts bar zu verhindern. Wenn eine solche Lockerung auftritt, ermöglicht sie unerwünschte zusätzliche Belastung Bedingungen wie eckig, Quer-und Drehbewegungen des Scher Heilung von Knochen (basierend auf persönlichen Erfahrungen, die Kommunikation mit researchers). diesem Wissen wurde ein Fixateur externe als solche ausgebildet ist, dass, wenn die Steifigkeit des Fixateurs geändert werden muss, wäre es durch Entfernen von Verbindungselementen, um das Hauptmodul, wo die Befestigungsstifte eingebettet angebracht erreicht werden. Die in-vivo Pilotversuch wurde mit dem neuen Prototyp Fixateur externe durchgeführt, um sicherzustellen, dass es alle vorgeschlagenen Anforderungen erfüllt, bevor sie in größeren Mengen hergestellt wird.
Das Hauptziel für diese Arbeit ist es, eine neue Operationsmethode für einen externen Fixateur für große Knochendefekte und Osteotomien bei der Ratte mit der Fähigkeit, in vivo Steifigkeit während des Heilungsprozesses verändern verwendet zu präsentieren. Diese Befestigungsmethode ist die in vivo an der Oberschenkelknochen von Ratten aufgetragen.
Protocol
Representative Results
Discussion
Die wichtigsten Schritte eines chirurgischen Verfahrens eine große Knochendefekt zu schaffen, sind: 1) die Wahl der geeigneten Körpergewicht der Ratten, die Größe des Fixateur externe entsprechen; 2) Aufrechterhalten einer sterilen Umgebung während des Verfahrens; und 3) nach dem chirurgischen Eingriff Protokoll.
Die Hauptziele dieser Studie waren zu entwerfen, herzustellen und zu charakterisieren, eine neue, variable Steifigkeit Fixateur externe für die Ratte Oberschenkel großen Defe…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Diese Arbeit wurde von der AO Foundation (S-08-42G) und RISystem AG unterstützt.
Wir möchten verlängern eine sehr große "Dankeschön!" Stephan Zeiter-Team am AO Forschungsinstitut Davos, Schweiz, weil sie so zuvor, damit wir die ihre oder Einrichtungen für die Dreharbeiten zu diesem chirurgischen Verfahren zu verwenden.
Materials
| Name of Material/ Equipment | Company | Catalog Number | Comments/Description |
| RatExFix simple 100% | RISystem AG Davos, Switzerland | RIS.612.120 | |
| RatExFix simple 70% | RISystem AG Davos, Switzerland | RIS.612.123 | |
| RatExFix simple 40% | RISystem AG Davos, Switzerland | RIS.612.121 | |
| RatExFix simple 10% | RISystem AG Davos, Switzerland | RIS.612.122 | |
| RatExFix Connection element 100% | RISystem AG Davos, Switzerland | RIS.612.130 | |
| RatExFix Connection element 70% | RISystem AG Davos, Switzerland | RIS.612.131 | |
| RatExFix Connection element 40% | RISystem AG Davos, Switzerland | RIS.612.132 | |
| RatExFix Connection element 10% | RISystem AG Davos, Switzerland | RIS.612.133 | |
| RatExFix Main body | RISystem AG Davos, Switzerland | RIS.611.101 | |
| RatExFix InterlockingScrew | RISystem AG Davos, Switzerland | RIS.412.110 | |
| RatExFix Mounting pin 0.85 mm | RISystem AG Davos, Switzerland | RIS.412.100 | |
| RatExFix Saw Guide 100% 5 mm | RISystem AG Davos, Switzerland | RIS.312.100 | |
| Accu Pen 6V+ | RISystem AG Davos, Switzerland | RIS.390.211 | |
| HandDrill | RISystem AG Davos, Switzerland | RIS.390.130 | |
| Drill Bit 0.79 mm | RISystem AG Davos, Switzerland | RIS.593.203 | |
| Gigly wire saw 0.22 mm | RISystem AG Davos, Switzerland | RIS.590.100 | |
| Square box wrench 0.70 mm | RISystem AG Davos, Switzerland | RIS.590.112 | |
| Square box wrench 0.50 mm | RISystem AG Davos, Switzerland | RIS.590.111 | |
| Centering bit 1.00 mm | RISystem AG Davos, Switzerland | RIS.592.205 | |
| Scalpel Blade handle | Fine Science tools | ||
| Scalpel Blade (Size 15) | Fisher Scientific | ||
| Tissue Forceps | Fine Science tools | ||
| Scissors | Fine Science tools | ||
| Retractor | Fine Science tools | ||
| Needle Holder | Fine Science tools | ||
| Henahan Elevator | Fine Science tools | ||
| S-shape curved dissecting and ligature forceps | Fine Science tools | 2 | |
| Dressing Forceps | Fine Science tools | 2 | |
| Sterile Fenestrated drape | Fisher Scientific | for surgery | |
| Sterile gauze | Fisher Scientific | for surgery | |
| 5 ml syringe | Fisher Scientific | for irrigation of defect | |
| 24-27G needle | Fisher Scientific | for irrigation of defect | |
| 1cc Insulin syringes | Fisher Scientific | for drug injections | |
| sterile saline | Fisher Scientific | for bone defect irrigation | |
| sterile gloves | Fisher Scientific | to perform surgeries | |
| chlorohezadine | Fisher Scientific | disinfecting solution for surgical site | |
| Vicryl suture 4-0 with SH-1 | Fisher Scientific | to suture muscle | |
| Ethibond suture 3-0 | Fisher Scientific | to suture skin | |
| Isofluorine | Sigma-Aldrich | for anesthesia | |
| Buprenorphine | Sigma-Aldrich | analgesia during and after the surgery | |
| Cefazolin | Sigma-Aldrich | antibiotic during and after the surgery | |
| Sprague-Dawley Rats or any other strain | Charles River Laboratories International, Inc. (Wilmington, MA USA) |
Referências
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