Ajustable en dureza, fijador externo para los modelos de rata Fémur Osteotomía y segmentaria del defecto óseo
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
El entorno mecánico alrededor de la curación del hueso roto es muy importante, ya que determina la forma en que la fractura sane. Durante la última década ha habido un gran interés clínico en la mejora de la cicatrización ósea alterando el medio ambiente a través de la estabilidad mecánica de fijación alrededor de la lesión. Una limitación de la investigación animal preclínico en esta área es la falta de control experimental sobre el ambiente mecánico local dentro de un gran defecto segmental, así como osteotomías mientras se curan. En este trabajo se informe sobre el diseño y el uso de un fijador externo para estudiar la curación de defectos u osteotomías óseos segmentarios grandes. Este dispositivo no sólo permite la rigidez axial controlada en la lesión ósea a medida que sana, sino que también permite el cambio de la rigidez durante el proceso de curación in vivo. Los experimentos realizados han demostrado que los fijadores fueron capaces de mantener una brecha de 5 mm defecto femoral en ratas in vivo durante la jaula sin restriccionesla actividad durante al menos 8 semanas. Del mismo modo, se observó ninguna distorsión o infecciones, incluyendo infecciones PIN durante todo el período de cicatrización. Estos resultados demuestran que nuestra fijador externo de nuevo desarrollo fue capaz de lograr la estabilización reproducible y normalizado, y la alteración del medio mecánico de rata in vivo defectos óseos grandes y diversas osteotomías tamaño. Esto confirma que el dispositivo de fijación externa es muy adecuado para las investigaciones de la investigación preclínica utilizando un modelo de rata en el campo de la regeneración ósea y la reparación.
Introduction
Un número de estudios han mejorado nuestra comprensión de los mecanismos biológicos implicados en la reparación del tejido óseo 1-6. Los efectos de las condiciones mecánicas en la reparación ósea, tales como axial, de cizallamiento y los movimientos interfragmentarios (los MFI) se han estudiado ampliamente 7-15. En los últimos años, más y más estudios comenzaron a surgir describir la influencia del entorno mecánico en la cicatrización ósea utilizando la fractura, la osteotomía y la gran defecto óseo segmentario pt modelos in vivo. Por lo tanto, se necesitan métodos de fijación fiables para obtener los resultados del estudio reproducibles y fiables.
El entorno mecánico alrededor de la fractura de curación es muy importante ya que determina la forma de la fractura se cura. Por lo tanto, la elección del dispositivo de fijación es muy importante y debe ser cuidadosamente seleccionado dependiendo del diseño del estudio, y otros factores tales como el tamaño del hueco, y el tipo de fractura. Propiedades mecánicas del dispositivo de fijación de unre aún más importante cuando se estudia la curación ósea de defectos óseos grandes para establecer una fijación que proporciona no sólo un tamaño de intervalo constante durante todo el período del experimento de soporte todo el peso, sino también un entorno mecánico ideal para la curación del hueso. Fijadores externos se utilizan comúnmente en grandes modelos experimentales de curación de la fractura y defecto óseo debido a que tienen una ventaja sobre otros dispositivos de fijación. La principal ventaja de fijadores externos son que permiten el cambio del entorno mecánico en el sitio del defecto in vivo sin una intervención secundaria, que puede conseguirse cambiando o ajustando la barra estabilidad del dispositivo durante el transcurso del experimento como la curación del hueso progresa. Además, permite la aplicación de la estimulación mecánica local específica para mejorar la reparación del hueso, y también proporciona el potencial para medir la rigidez del tejido de callo in vivo. Sin embargo, los dispositivos también tienen algunas desventajasque incluyen: irritación de los tejidos blandos, infecciones y el pin rotura.
Por desgracia, este tipo de implantes no estaban disponibles "off the shelf" en el momento de la elaboración de implantes, y los investigadores se vieron obligados a la costumbre de diseñar sus propios fijadores para un uso determinado. Por lo tanto, una restricción de la investigación en esta área fue la falta de control experimental sobre el entorno mecánico local dentro de un gran defecto segmentario, así como osteotomías mientras sana. Las características mecánicas de un fijador externo se definen por, y pueden ser modulados por un gran número de variables que incluyen: la distancia entre los pasadores, el diámetro del perno, material de pin, el número de pines, fijador longitud de la barra, el número de barras de fijador, material de fijador bar, espesor de la barra fijador y la distancia desde la superficie del hueso a la barra de fijador (offset). Sorprendentemente, sólo pocos estudios se pudo encontrar que han investigado las contribuciones mecánicas de los componentes individualesde fijadores o configuraciones del marco enteros utilizados en estudios con roedores 16,18,28. Por ejemplo, los resultados de un estudio mostraron que uno de los principales factores que contribuyen en la determinación de la rigidez total de la construcción de la fijación estaba dominado por la flexibilidad de las clavijas en relación con sus diámetros y materiales, propiedades de desplazamiento 28. Los resultados de los estudios mencionados sugieren claramente que el conocimiento del entorno mecánica proporcionada por el dispositivo de fijación es muy importante, y sin embargo, en muchos casos no se investiga en detalle. El presente documento se informa de la implantación del diseño, especificaciones, e in vivo de un fijador externo que se ocupa de esta cuestión. Este fijador también permite la modulación de la entorno mecánico como la curación progresa, una propiedad que permite el estudio de la mecano-sensibilidad de las distintas etapas del proceso de cicatrización in vivo. Además, así como la imposición de un mecánico local controlada y reproducibleal medio ambiente, su accesibilidad también permite la modulación de este entorno en diferentes etapas de la cicatrización ósea.
El fijador hemos diseñado se basa en la fijación externa, que es ampliamente utilizado para la fijación de la fractura 16-21 y grandes modelos de defectos en animales de experimentación 22-27. La diferencia entre nuestro fijador externo y el resto de los diseños existentes en la literatura es que su barra de estabilidad está asegurada con tornillos de tener un estricto control con agujas de Kirschner (K-cables). Este tipo de diseño requiere tornillos para volver a apretar cada dos semanas (a veces incluso semanal) para asegurarse de que se mantiene la distancia del desplazamiento como la carga se aplica a través de cojinete para evitar el aflojamiento de la barra de la estabilidad de peso. Si se produce tal aflojamiento, permite para condiciones de carga adicionales no deseados tales como angular, transversal y movimientos de cizallamiento de torsión a la curación del hueso (basado en la experiencia personal, la comunicación con researchers). Sabiendo esto, un fijador externo fue diseñado como tal que cuando la rigidez del fijador necesita ser cambiado, se lograría mediante la eliminación de elementos de conexión conectados al módulo principal, donde están incrustados los pasadores de montaje. El experimento piloto in vivo se realizó con el nuevo prototipo de fijador externo para asegurarse de que cumple todas las exigencias propuestas antes de que se fabrica en grandes cantidades.
El objetivo principal de este trabajo es presentar un nuevo método quirúrgico para un fijador externo utilizado para los grandes defectos óseos y osteotomías en la rata con la capacidad de cambiar la rigidez in vivo durante el proceso de curación. Este método de fijación se aplica in vivo en los fémures de las ratas.
Protocol
Representative Results
Discussion
Los pasos más críticos de un procedimiento quirúrgico para crear un gran defecto óseo son: 1) la elección del peso corporal apropiado de la rata para que coincida con el tamaño del fijador externo; 2) mantener un entorno estéril durante el procedimiento; y 3) siguiendo el protocolo procedimiento quirúrgico.
Los principales objetivos de este estudio fueron para diseñar, fabricar y caracterizar una nueva, rigidez variable fijador externo para el modelo de defecto femoral rata grande, …
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Este trabajo fue apoyado por la Fundación AO (S-08-42G) y RISystem AG.
Nos gustaría extender un gran "¡gracias!" para el equipo de Stephan Zeiter en el Instituto de Investigación AO Davos, Suiza por ser tan complaciente en permitirnos usar sus instalaciones OR para la filmación de este procedimiento quirúrgico.
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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