A rigidez ajustável, Fixador Externo para os Rat Femur Osteotomia e segmentar defeito ósseo Models
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
O ambiente mecânico em torno da cura do osso quebrado é muito importante, pois determina a forma como a fratura vai curar. Durante a última década, tem havido grande interesse clínico na melhoria da cicatrização óssea, alterando o ambiente mecânico através da estabilidade da fixação ao redor da lesão. Uma limitação da pesquisa animal pré-clínico nesta área é a falta de controle experimental sobre o ambiente mecânica local dentro de um grande defeito segmentar bem como osteotomias como se curar. Neste trabalho, um relatório sobre o projeto e uso de fixador externo para estudar a cicatrização de grandes defeitos ósseos segmentares ou osteotomias. Este dispositivo não só permite uma rigidez axial controlada na lesão do osso durante a cura, mas também permite que a modificação da rigidez, durante o processo de cura in vivo. As experiências realizadas têm demonstrado que os fixadores eram capazes de manter a 5 mm de intervalo defeito femoral em ratos in vivo durante a gaiola irrestritaactividade durante pelo menos 8 semanas. Da mesma forma, observou-se ausência de distorções ou infecções, incluindo infecções dos pinos durante todo o período de cicatrização. Estes resultados demonstram que o nosso fixador externo recém-desenvolvido foi capaz de alcançar a estabilização reprodutível e normalizada, ea alteração do ambiente mecânico in vivo de ratos defeitos ósseos grande e várias osteotomias tamanho. Isto confirma que o elemento externo de fixação é bem adequado para as investigações de pesquisa pré-clínicos utilizando um modelo de rato no campo da regeneração óssea e reparação.
Introduction
Uma série de estudos tenham melhorado a nossa compreensão dos mecanismos biológicos envolvidos na reparação do tecido ósseo 1-6. Os efeitos de condições mecânicas no reparo do osso, tais como axial, corte e movimentos interfragmentários (IFMS) têm sido estudados extensivamente 7-15. Nos últimos anos, mais e mais estudos começaram a surgir descrevendo a influência do ambiente mecânico no reparo ósseo usando fratura, osteotomia e grande defeito ósseo segmentar em modelos in vivo. Portanto, métodos de fixação confiáveis são necessários para obter os resultados do estudo reprodutíveis e confiáveis.
O ambiente em torno da mecânica da fratura cura é muito importante, pois determina a forma como a fratura vai curar. Assim, a escolha do dispositivo de fixação é muito importante e deve ser cuidadosamente selecionado de acordo com o desenho do estudo, e outros fatores como o tamanho da abertura e do tipo de fratura. As propriedades mecânicas do dispositivo de fixação de umre ainda mais importante quando se estuda a cicatrização óssea de grandes defeitos ósseos para estabelecer uma fixação que fornece não só um intervalo de tamanho constante ao longo do período experimental do peso total do rolamento, mas também um ambiente ideal para a mecânica de reparação óssea. Os fixadores externos são comumente usados em fratura e modelos experimentais de cura defeito ósseo grandes, porque eles têm uma vantagem sobre os outros dispositivos de fixação. A principal vantagem de fixadores externos são de que eles permitem a mudança do meio mecânico no local do defeito, in vivo, sem uma intervenção secundária, que pode ser conseguida alterando ou ajustando a barra do dispositivo de estabilidade durante o decurso da experiência como o cicatrização óssea progride. Além disso, permite a aplicação de estimulação mecânica local específico para melhorar a reparação do osso, e proporciona também a possibilidade de medir a rigidez do tecido de calo in vivo. No entanto, os dispositivos também têm algumas desvantagensque incluem: irritação dos tecidos moles, infecções e pin quebra.
Infelizmente, tais implantes não estavam disponíveis "off the shelf" no momento do desenvolvimento do implante, e os investigadores foram obrigados a projetar suas próprias fixadores para uma utilização prevista. Por isso, uma restrição da investigação nesta área foi a falta de controle experimental sobre o ambiente mecânica local dentro de um grande defeito segmentar bem como osteotomias como ele cura. As características mecânicas de um fixador externo são definidas por, e pode ser modulado por um grande número de variáveis, que incluem: a distância entre os pinos, o diâmetro do pino, o material do pino, o número de pinos, fixador comprimento da barra, o número de barras fixador, material de barra fixador, do fixador espessura bar e a distância a partir da superfície do osso para a barra de fixador (offset). Surpreendentemente, apenas uma escassez de estudos poderia ser encontrado que investigou as contribuições mecânicas dos componentes individuaisde fixadores ou configurações de quadros inteiros utilizados em estudos com roedores, 16,18,28. Por exemplo, os resultados de um estudo mostrou que um dos principais fatores que contribuem para a determinação da rigidez total da construção de fixação foi dominada pela flexibilidade dos pinos em relação a sua contrapartida, diâmetro e propriedades do material 28. Os resultados dos referidos estudos sugerem claramente que o conhecimento do ambiente mecânica fornecida pelo dispositivo de fixação é extremamente importante, e ainda, em muitos casos não é investigada em detalhe. O presente artigo relata o projeto, especificações e in vivo implantação de um fixador externo que resolve esse problema. Este fixador também permite a modulação do meio mecânico como a cura progride, uma propriedade que permite o estudo da mecano-sensibilidade de diferentes etapas do processo de cura in vivo. Além disso, assim como a imposição de um mecânico local controlado e reprodutívelambiente ai, a sua acessibilidade também permite a modulação deste ambiente em diferentes fases de cicatrização do osso.
O fixador nós projetamos foi baseada na fixação externa, que é amplamente utilizado para a fixação da fratura 16-21 e modelos de defeitos grandes em animais experimentais 22-27. A diferença entre o nosso fixador externo e os outros projetos existentes relatados na literatura é que a sua barra de estabilidade é presa com parafusos de ter um controlo apertado com fios de Kirschner (K-fios). Este tipo de projeto requer parafusos para ser reapertadas quinzenal (às vezes até semanalmente) para certificar-se de que a distância do deslocamento é mantida como a carga é aplicada por meio do rolamento de peso para evitar o afrouxamento da barra de estabilidade. Se ocorrer tal afrouxamento, ele permite que as condições de carga adicionais indesejados, como angular, transversal e movimentos de cisalhamento de torção para o osso cura (com base na experiência pessoal, a comunicação com researchers). Sabendo isto, um fixador externo foi concebido como tal que quando a rigidez do fixador tem de ser mudada, ela seria alcançada através da remoção de elementos de ligação ligados ao módulo principal, onde os pinos de fixação são encaixados. A experiência piloto in vivo foi realizado com o novo protótipo de fixador externo para se certificar de que cumpre todas as exigências propostas antes de ser fabricado em grandes quantidades.
O principal objectivo para este trabalho é apresentar um novo método cirúrgico para um fixador externo utilizado para grandes defeitos ósseos e osteotomias no rato com a capacidade de alterar a rigidez in vivo durante o processo de cicatrização. Este método de fixação é aplicada in vivo sobre o fémures de ratazanas.
Protocol
Representative Results
Discussion
Os passos mais críticos de um procedimento cirúrgico, para criar um grande defeito de osso são: 1) a escolha do peso do corpo do rato apropriado para coincidir com o tamanho do fixador externo; 2) manutenção de um ambiente estéril durante o procedimento; e 3) seguindo o protocolo de procedimento cirúrgico.
Os principais objetivos deste estudo foram a projetar, fabricar e caracterizar um novo, rigidez variável fixador externo para o modelo de defeito femoral grande rato, e para usar e…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Este trabalho foi financiado pela fundação AO (S-08-42G) e RISystem AG.
Gostaríamos de estender um grande "muito obrigado!" a equipe de Stephan Zeiter no Instituto Davos AO Research, Suíça por ser tão confortáveis em nos permitir usar suas ou instalações para as filmagens deste procedimento cirúrgico.
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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