En Intramedullære Låse Nail for Standardisert Fiksering av Femur osteotomier å analysere Normal og Defekt Bone Healing i Mus
Summary
This protocol describes an osteosynthesis technique using an intramedullary locking nail for standardized fixation of femur osteotomies, which can be used to analyze normal and defective bone healing in mice.
Abstract
Bone healing modeller er avgjørende for utvikling av nye terapeutiske strategier for klinisk brudd behandling. Videre er musemodeller blir mer vanlig i traumer forskning. De tilbyr et stort antall av mutantstammer og antistoffer for analyse av molekylære mekanismer bak svært differensiert prosess med bentilheling. For å kontrollere biomekaniske miljø, standardiserte og godt karakteriserte osteosyntese teknikker er obligatorisk i mus. Her rapporterer vi på design og bruk av en benmargsnagle å stabil åpne femur osteotomier hos mus. Spiker, laget av medisinsk-grade rustfritt stål, gir høy aksial og rotasjonsstivhet. Implantatet videre tillater etablering av definert, konstant osteotomi gap størrelser fra 0,00 mm til 2,00 mm. Benmargs låsing spiker stabilisering av femur osteotomier med gap størrelser på 0,00 mm og 0,25 mm resultere i tilstrekkelig bein helbredelse gjennom endochondral og intramembranøse ossification. Stabilisering av femur osteotomier med et gap størrelse på 2,00 mm resultater i atrofisk uorganiserte. Dermed kan det benmargslåse spiker brukes i healing og ikke-helbredende modeller. En ytterligere fordel ved anvendelse av spiker i forhold til andre åpne bentilheling modeller er muligheten til tilstrekkelig feste skjeletterstatninger og stillas for å studere fremgangs benintegrasjonen. En ulempe ved bruk av benmargsnaglen er den mer invasive kirurgiske prosedyre, iboende i alle åpne prosedyrer i forhold til lukkede modeller. En ytterligere ulempe kan være induksjon av noen skade på marghulen, iboende i alle intramedulære stabiliseringsteknikker, sammenlignet med ekstramedullære stabilisering prosedyrer.
Introduction
Biologien til bentilheling kan studeres in vitro ved anvendelse av cellekulturer og sfæroide, men det krever også in vivo tilnærminger ved hjelp av dyrestudier. Mens stor dyreforsøk fortsatt spille en viktig rolle i preklinisk testing, har tidlig stadium testing av produkter eller hypoteser endret seg i løpet av de siste 10 årene, og er i dag ofte utført i små dyremodeller 1. Denne bryteren er utført av flere grunner. Produksjon og vedlikehold av mus og rotter er billigere sammenlignet med griser og sauer. I tillegg små dyr har kortere reproduksjon tider og kortere normale helbredende perioder, som begge letter utførelsen av store serier av kroniske eksperimenter. Til slutt, tilgjengeligheten av genet rettede dyr og spesifikke antistoffer gir mulighet for analyse av molekylære mekanismer i bentilheling. Imidlertid, mens den tidligere brukte osteosyntese teknikker i de større dyremodeller kan oversettes med minimal variat ion fra lignende prosedyrer som brukes til mennesker eller dyr klinisk pasientbehandling, utvikling og anvendelse av osteosyntese teknikker i de små-sized rotter og mus viste seg å være utfordrende.
Det er vel kjent at den biomekaniske miljøet påvirker benet helbredende prosess 2 i betydelig grad. Som kjent fra bruddtilheling hos mennesker, forskjeller i brudd stabilisering resultat i forskjellige moduser av healing, inkludert intramembranøse forbening etter rigid fiksering og endochondral ossifikasjon etter mindre rigid fiksering med mikrobevegelser. Komplett aksial eller rotasjons ustabilitet kan forsinke helbredelsesprosessen eller kan føre til ikke-fagforeninger 3. Derfor føler vi at det er nødvendig å utvikle avanserte implantatsystemer og osteosyntese teknikker i mus og rotter. På denne måten kan de biomekaniske forholdene være standardiserte riktig, garanterer gyldige resultater ved analyse helbredelsesprosessen.
e_content "> Selv om et betydelig antall av meget avanserte murine stabilisering teknikker har blitt innført i løpet av de siste årene, er den mest brukte teknikken fremdeles den enkle intramedullære stiften. Den største ulempe med denne teknikken er imidlertid mangel på rotasjon og aksial stabilitet fire. for å forbedre rotasjon og aksial stabilitet, ble en intramedullær skrue innført for å stabilisere lårhalsbrudd i mus 5. imidlertid kan skruen fiksering ikke benyttes til å analysere ben-defekt helbredelse på grunn av behovet for kontakt og kompresjon mellom benfragmentene i for å opprettholde rotasjonsstabilitet.Den benmargs låse spiker gir høyere aksial og rotasjonsstabilitet i forhold til den enkle pinnen og intramedullær skruen 4. En meget reproduserbar femur osteotomi, mulig på grunn av føringen for den Gigli så og evnen til å lage definerte spaltestørrelser, gjør det mulig for analyse av både normal bone healing og bein-defekt healing 6. På grunn av innføringen av sikringsanlegg pinner, av den intramedullære låse spiker garanterer et konstant gap størrelse under hele helbredelsesprosessen, til og med mens bærer hele vekten. Her rapporterer vi på design og anvendelse av benmargslåse spiker, så vel som på sine fordeler og ulemper i eksperimentelle studier av normal og forsinket bein healing.
Protocol
Representative Results
Discussion
De mest kritiske trinn i den kirurgiske teknikken er riktig plassering av spikeren, sikteanordningen, og pinnene. Spikeren må settes inn helt til den merkede fordypningen ved den distale ende av naglen, fordi et fremspring av spikeren inn i kneleddet i nivå med kondylene kan begrense bevegelsen av kneet (figur 3 A). Derfor er størrelsen av femur og følgelig kroppsvekt av dyrene, må tas i betraktning. Kirurgen bør også være spesielt oppmerksom på den endelige plasseringen av sikteenhet feste ada…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Dette arbeidet ble støttet av RISystem AG, Davos, Sveits.
Materials
| MouseNail | RISystem AG | 221,122 |
| MouseNail aiming device | RISystem AG | 221,201 |
| MouseNail interlocking pin | RISystem AG | 221,121 |
| Centering bit | RISystem AG | 592,205 |
| Drill bit | RISystem AG | 590,200 |
| Gigli wire saw | RISystem AG | 590,100 |
| Suture (5-0 Prolene) | Ethicon | 8614H |
| Forceps | Braun Aesculap AG &CoKG | BD520R |
| Dressing forceps | Braun Aesculap AG &CoKG | BJ009R |
| Scissors | Braun Aesculap AG &CoKG | BC100R |
| Needle holder | Braun Aesculap AG &CoKG | BM024R |
| 24G needle | BD Mircolance 3 | 304100 |
| 27G needle | Braun Melsungen AG | 9186182 |
| Scalpel blade size 15 | Braun Aesculap AG &CoKG | 16600525 |
| Pincers | Knipex | 7932125 |
| Heat radiator | Sanitas | 605.25 |
| Depilatory cream | Asid bonz GmbH | NDXZ10 |
| Eye lubricant | Bayer Vital GmbH | 2182442 |
| Xylazine | Bayer Vital GmbH | 1320422 |
| Ketamine | Serumwerke Bernburg | 7005294 |
| Tramadol | Grünenthal GmbH | 2256241 |
| Disinfection solution (SoftaseptN) | Braun Melsungen AG | 8505018 |
| CD-1 mice | Charles River | 22 |
Referências
- Histing, T., et al. Small animal bone healing models: standards, tips, and pitfalls results of a consensus meeting. Bone. 49 (4), 591-599 (2011).
- Claes, L., Augat, P., Suger, G., Wilke, H. J. Influence of size and stability of the osteotomy gap on the success of fracture healing. J Orthop Res. 15 (4), 577-584 (1997).
- Histing, T., et al. Characterization of the healing process in non-stabilized and stabilized femur fractures in mice. Arch Orthop Trauma Surg. 136 (2), 203-211 (2016).
- Histing, T., et al. Ex vivo analysis of rotational stiffness of different osteosynthesis techniques in mouse femur fracture. J Orthop Res. 27 (9), 1152-1156 (2009).
- Holstein, J. H., et al. Development of a stable closed femoral fracture model in mice. J Surg Res. 153 (1), 71-75 (2009).
- Garcia, P., et al. The LockingMouseNail-a new implant for standardized stable osteosynthesis in mice. J Surg Res. 169 (2), 220-226 (2011).
- Cheung, K. M., Kaluarachi, K., Andrew, G., Lu, W., Chan, D., Cheah, K. S. An externally fixed femoral fracture model for mice. J Orthop Res. 21 (4), 685-690 (2003).
- Garcia, P., et al. A new technique for internal fixation of femoral fractures in mice: impact of stability on fracture healing. J Biomech. 41 (8), 1689-1696 (2008).
- Histing, T., et al. An internal locking plate to study intramembranous bone healing in a mouse femur fracture model. J Orthop Res. 28 (3), 397-402 (2010).
- Thompson, Z., Miclau, T., Hu, D., Helms, J. A. A model for intramembranous ossification during fracture healing. J Orthop Res. 20 (5), 1091-1098 (2002).
- Hiltunen, A., Vuorio, E., Aro, H. T. A standardized experimental fracture in the mouse tibia. J Orthop Res. 11 (2), 305-312 (1993).
- Manigrasso, M. B., O’Connor, J. P. Characterization of a closed femur fracture model in mice. J Orthop Trauma. 18 (10), 687-695 (2004).
- Lovati, A. B., et al. Diabetic mouse model of orthopaedic implant-related Staphylococcus aureus infection. PLoS One. 8 (6), e67628 (2013).
- Slade Shantz, J. A., Yu, Y. Y., Andres, W., Miclau, T., Marcucio, R. Modulation of macrophage activity during fracture repair has differential effects in young adult and elderly mice. J Orthop Trauma. 28, 10-14 (2014).
- Claes, L. E., et al. Effects of mechanical factors on the fracture healing process. Clin Orthop Relat Res. 355 (Suppl), 132-147 (1998).
- Gröngröft, I., et al. Fixation compliance in a mouse osteotomy model induces two different processes of bone healing but does not lead to delayed union. J Biomech. 18 (13), 2089-2096 (2009).
- Glatt, V., Matthys, R. Adjustable stiffness, external fixator for the rat femur osteotomy and segmental bone defect models. J Vis Exp. (9), e51558 (2014).
- Manassero, M., et al. A novel murine femoral segmental critical-sized defect model stabilized by plate osteosynthesis for bone tissue engineering purposes. Tissue Eng Part C Methods. 19 (4), 271-280 (2013).
