חולדה גדילה לוח צמיחת דגם אפיון מנגנוני תיקון ולהעריך צמיחה צלחת רגנרציה אסטרטגיות
Summary
צלחת הצמיחה היא אזור סחוס בעצמות ארוכות של ילדים, שם מתרחשת צמיחה אורכית. כאשר נפגעים, רקמה גרמית יכולה ליצור ולפגוע בצמיחה. אנו מתארים מודל חולדה של פציעה צלחת הצמיחה המוביל לרקמות תיקון גרמי, המאפשר מחקר של מנגנוני תיקון וצמיחה גדילה אסטרטגיות התחדשות.
Abstract
שליש מכל השברים בילדים כרוכים בצלחת הצמיחה ויכולים לגרום לצמיחת עצם. צלחת הצמיחה (או physis) היא רקמת הסחוס למצוא בסוף כל העצמות הארוכות בילדים כי הוא אחראי על צמיחה העצם האורך. לאחר פגום, רקמת סחוס בתוך צלחת הצמיחה יכול לעבור ousification מוקדמת ולהוביל לרקמת תיקון גרמית לא רצויות, אשר יוצר "גרמי בר". במקרים מסוימים, זה גרמי בר יכול לגרום לעיוותים הצמיחה העצמית, כגון עיוות זוויתי, או שזה יכול לעצור לחלוטין את צמיחת העצם האורך. אין כיום טיפול קליני שיכול לתקן לחלוטין את צלחת הצמיחה הפגועה. שימוש במודל חיה של פציעה צלחת הצמיחה כדי להבין טוב יותר את המנגנונים ביסודו של היווצרות בר גרמי כדי לזהות דרכים לעכב אותו היא הזדמנות מצוינת לפתח טיפולים טובים יותר עבור פציעות צלחת הצמיחה. פרוטוקול זה מתאר כיצד לשבש את צלחת הצמיחה טיבאלי פרוקסימלי עכברוש באמצעות פגם חור המקדח. זה smaLl מודל בעלי חיים אמין מייצר בר גרמי יכול לגרום לעיוותים הצמיחה דומה לאלה לראות ילדים. מודל זה מאפשר לחקור את המנגנונים המולקולריים של היווצרות בר גרמי ומשמש כאמצעי לבחון אפשרויות טיפול פוטנציאליים עבור פציעות צלחת הצמיחה.
Introduction
פציעות גדילה בצמיחה הינן 30% מכלל השברים בילדים, ועלולות לגרום לפגיעה בצמיחת העצם. בנוסף לשברים, פציעות של צלחת גדילה עלולות להיגרם על ידי אטיולוגיות אחרות, כולל אוסטאומליטיס 2 , גידולי עצם ראשוניים 3 , קרינה וכימותרפיה 4 , ופגיעה באיטרוגניק 5 . צלחת הצמיחה (או physis) היא אזור הסחוס בסוף העצמות הארוכות של ילדים, כי הוא אחראי על הצמיחה העצמית האורך. זה כוננים התארכות העצם דרך ousification endochondral; Chondrocytes עוברים התפשטות היפרטרופיה והם משודרגים אז על ידי osteoblasts נכנסות ליצירת עצם trabecular 6 . צלחת הצמיחה היא גם שטח חלש של השלד המתפתח, מה שהופך אותו נוטה לפציעה. הדאגה העיקרית עם שברים צלחת הצמיחה או פציעות היא כי רקמה הסחוס פגום בתוך צלחת הצמיחה יכול bE החליף עם רקמת תיקון גרמי לא רצויות, הידוע גם בשם "בר גרמי". בהתאם לגודלו ומיקומו בתוך צלחת הצמיחה, הבר הגרמי יכול להוביל לעיוותים זוויתיים או למעצר גדילה מלא, משוררת הרסנית לילדים צעירים שטרם הגיעו לגובהם המלא.
אין כרגע טיפול שיכול לתקן לחלוטין את צלחת הצמיחה הפגועה. ברגע שהטופס הגרמי יוצר, על הקלינאי להחליט האם להסיר אותו באופן כירורגי 8 . חולים עם לפחות 2 שנים או 2 ס"מ של צמיחה השלד שנותר עם בר גרמי כי משתרע פחות מ 50% של אזור צלחת הצמיחה הם בדרך כלל מועמדים כריתה גרמית 8 . ניתוח כירורגי של הבר הגרמי הוא לעתים קרובות ואחריו interposition של שתל אוטולוגי שומן כדי למנוע רפורמציה של הרקמה הגרמית כדי לאפשר את צלחת הצמיחה uninjured שמסביב כדי להחזיר את הצמיחה. עם זאת, טכניקות אלה הם problEmatic ולעתים קרובות נכשל, המוביל הישנות בר גרמי והמשך השפעה שלילית על הצמיחה 9 . יש צורך קריטי לפתח טיפולים יעילים, כי לא רק למנוע היווצרות בר גרמי, אלא גם לחדש את הסחוס צלחת הצמיחה, ובכך להחזיר את התארכות העצם הנורמלית.
המנגנונים המולקולריים שבבסיס היווצרות הבר הגרמי עדיין לא הוסברו במלואם. הבנה טובה יותר של מנגנונים ביולוגיים אלה עלולה להוביל להתערבויות טיפוליות יעילות יותר עבור ילדים הסובלים מפציעה בצמיחה. מאז לומד מנגנונים אלה בבני אדם קשה, מודלים בעלי חיים שימשו, במיוחד את המודל חולדה של פציעה צלחת 10 , 11 , 12 , 13 , 14 , 15 , 16 . השיטה המוצגת כאןנייר מתאר כיצד פגם חור לקדוח בצלחת הצמיחה חולדה tibial מוביל לרקמות תיקון צפוי לשחזור שמתחיל ousification מוקדם כמו 7 ימים לאחר הפציעה ואת טופס בר בוגרת מלאה עם שיפוץ ב 28 ימים לאחר הפציעה 10 . זה מספק חיה קטנה במודל vivo שבו ללמוד את המנגנונים הביולוגיים של היווצרות בר גרמי, כמו גם להעריך טיפולים חדשניים שיכולים למנוע את הבר הגרמי ו / או לחדש את הסחוס הצלחת הצלחת. לדוגמה, מודל זה יכול לשמש כדי לבדוק biomaterials chondrogenic שיכולים לצמוח מחדש סחוס הצלחת הצמח ולהציע טיפול בעל ערך עבור ילדים הסובלים פציעות צלחת הצמיחה. הטכניקות המובאות במאמר זה יתארו את השיטות הכירורגיות המשמשות לייצור הפציעה של צלחת הצמח ואת המשלוח הבא של biomaterials לאתר הפציעה. נדון גם בשיטות להערכת היווצרות בר גרמית ולתיקון רקמות.
Protocol
Representative Results
Discussion
פציעה הצמח פציעה הצמח גדל מאוד להבנתנו את המנגנונים הביולוגיים של פגיעה זו, ובכך פוטנציאל להוביל התערבויות טיפוליות יעיל יותר לילדים הסובלים מפציעה צלחת הצמיחה. כדי ליצור בהצלחה גרום גרמי כדי ללמוד את היווצרות in vivo באמצעות המודל המוצג בעבודה זו, חשוב כדי לשבש א?…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
המחברים מכירים בתמיכת המימון של המכון הלאומי לדלקת פרקים ומחלות לב וכלי דם של המכונים הלאומיים לבריאות (NIH) תחת מספר הפרסומים R03AR068087, קרן העשרה אקדמית של בית הספר לרפואה של אוניברסיטת קולורדו ומרכז גייטס לרפואה רגנרטיבית . עבודה זו נתמכה גם על ידי NIH / NCATS קולורדו CTSA מענק מספר UL1 TR001082. התכנים הם באחריותם הבלעדית של המחברים ואינם מייצגים בהכרח תצוגות NIH רשמיות.
Materials
| Scalpel handle | McKesson | MCK42332500 | |
| Needle holder | Stoelting | RS-7824 | |
| Adson tissue forceps | Sklar | 50-3048 | |
| Iris Scissors | Sklar | 47-1246 | |
| Rotary Tool | Dremel | 7700 | Variable speed rotary tool |
| Keyless Rotary Tool Chuck | Dremel | 4486 | |
| Dental Burs | Dental Burs USA | FG6 | Round carbide bur, ≤2mm |
| Steinmann pins | Simpex Medical | T-078 | |
| Hair clippers | Wahl | 5537N | |
| 3-0 PGA surutes | Oasis | MV-J398-V | |
| Sterile gauze 2×2" | Covidien | 441211 | |
| Povidone Iodine | McKesson | 922-00801 | |
| Sterile saline | Vetone | 510224 | |
| 10 ml luer lock syringe | Becton Dickinson | 309604 | |
| 23 gauge needle | Becton Dickinson | 305145 | |
| Isopropyl alcohol pads | Dynarex | 1113 | |
| Isoflurane | IsoFlo | 30125-2 | |
| Caliper | Mitutoyo | 500-196-30 | |
| Carprofen | Rimadyl | 27180 | |
| Buprenorphine | Par Pharmaceuticals Inc | NDC 42023-179 | |
| Fenestrated Surgical Drape | McKesson | 25-517 | |
| Surgical Gloves | Uline | S-20204 | |
| #15 Scalpel Blade | Aven | 44044 | |
| 9mm wound clips | Fine Science Tools | 12032-09 | |
| Reflex clip applier | World Precision Instruments | 500345 | |
| Absorbant underpads | McKesson | MON 43723110 | |
| Tec 3 Iso Vaporizer | VetEquip | 911103 | |
| Germinator 500 | Braintree Scientific | GER 5287-120V | |
| Warm water recirculator | Kent Scientific | TP-700 | |
| Absorbent Underpads | Medline Industries | MSC281230 |
Referências
- Mann, D. C., Rajmaira, S. Distribution of physeal and nonphyseal fractures in 2,650 long-bone fractures in children aged 0-16 years. J Pediatr Orthop. 10 (6), 713-716 (1990).
- Browne, L. P., et al. Community-acquired staphylococcal musculoskeletal infection in infants and young children: necessity of contrast-enhanced MRI for the diagnosis of growth cartilage involvement. AJR Am J Roentgenol. 198 (1), 194-199 (2012).
- Weitao, Y., Qiqing, C., Songtao, G., Jiaqiang, W. Epiphysis preserving operations for the treatment of lower limb malignant bone tumors. Eur J Surg Oncol. 38 (12), 1165-1170 (2012).
- Butler, M. S., Robertson, W. W., Rate, W., D’Angio, G. J., Drummond, D. S. Skeletal sequelae of radiation therapy for malignant childhood tumors. Clin Orthop Relat Res. (251), 235-240 (1990).
- Shapiro, F. Longitudinal growth of the femur and tibia after diaphyseal lengthening. J Bone Joint Surg Am. 69 (5), 684-690 (1987).
- Kronenberg, H. M. Developmental regulation of the growth plate. Nature. 423 (6937), 332-336 (2003).
- Dodwell, E. R., Kelley, S. P. Physeal fractures: basic science, assessment and acute management. Orthopaedics and Trauma. 25 (5), 377-391 (2011).
- Khoshhal, K. I., Kiefer, G. N. Physeal bridge resection. J Am Acad Orthop Surg. 13 (1), 47-58 (2005).
- Hasler, C. C., Foster, B. K. Secondary tethers after physeal bar resection: a common source of failure. Clin Orthop Relat Res. (405), 242-249 (2002).
- Xian, C. J., Zhou, F. H., McCarty, R. C., Foster, B. K. Intramembranous ossification mechanism for bone bridge formation at the growth plate cartilage injury site. J Orthop Res. 22 (2), 417-426 (2004).
- Chen, J., et al. Formation of tethers linking the epiphysis and metaphysis is regulated by vitamin d receptor-mediated signaling. Calcif Tissue Int. 85 (2), 134-145 (2009).
- Coleman, R. M., Schwartz, Z., Boyan, B. D., Guldberg, R. E. The therapeutic effect of bone marrow-derived stem cell implantation after epiphyseal plate injury is abrogated by chondrogenic predifferentiation. Tissue Eng Part A. 19 (3-4), 475-483 (2013).
- Chung, R., Foster, B. K., Xian, C. J. The potential role of VEGF-induced vascularisation in the bony repair of injured growth plate cartilage. J Endocrinol. 221 (1), 63-75 (2014).
- Coleman, R. M., et al. Characterization of a small animal growth plate injury model using microcomputed tomography. Bone. 46 (6), 1555-1563 (2010).
- Macsai, C. E., Hopwood, B., Chung, R., Foster, B. K., Xian, C. J. Structural and molecular analyses of bone bridge formation within the growth plate injury site and cartilage degeneration at the adjacent uninjured area. Bone. 49 (4), 904-912 (2011).
- Su, Y. W., et al. Neurotrophin-3 Induces BMP-2 and VEGF Activities and Promotes the Bony Repair of Injured Growth Plate Cartilage and Bone in Rats. J Bone Miner Res. , (2016).
- Zhou, F. H., Foster, B. K., Sander, G., Xian, C. J. Expression of proinflammatory cytokines and growth factors at the injured growth plate cartilage in young rats. Bone. 35 (6), 1307-1315 (2004).
- Sayers, D., Volpin, G., Bentley, G. The demonstration of bone and cartilage remodelling using alcian blue and hematoxylin. Biotechnic & Histochemistry. 63 (1), 59-63 (1988).
- Riederer, M. S., Requist, B. D., Payne, K. A., Way, J. D., Krebs, M. D. Injectable and microporous scaffold of densely-packed, growth factor-encapsulating chitosan microgels. Carbohydrate Polymers. 152, 792-801 (2016).
- Lee, M. A., Nissen, T. P., Otsuka, N. Y. Utilization of a murine model to investigate the molecular process of transphyseal bone formation. J Pediatr Orthop. 20 (6), 802-806 (2000).
- Coleman, R. M., et al. Characterization of a small animal growth plate injury model using microcomputed tomography. Bone. 46 (6), 1555-1563 (2010).
- Lee, S. U., Lee, J. Y., Joo, S. Y., Lee, Y. S., Jeong, C. Transplantation of a Scaffold-Free Cartilage Tissue Analogue for the Treatment of Physeal Cartilage Injury of the Proximal Tibia in Rabbits. Yonsei Med J. 57 (2), 441-448 (2016).
- Planka, L., et al. Nanotechnology and mesenchymal stem cells with chondrocytes in prevention of partial growth plate arrest in pigs. Biomed Pap Med Fac Univ Palacky Olomouc Czech Repub. 156 (2), 128-134 (2012).
- Hansen, A. L., et al. Growth-plate chondrocyte cultures for reimplantation into growth-plate defects in sheep. Characterization of cultures. Clin Orthop Relat Res. (256), 286-298 (1990).
- Cepela, D. J., Tartaglione, J. P., Dooley, T. P., Patel, P. N. Classifications In Brief: Salter-Harris Classification of Pediatric Physeal Fractures. Clin Orthop Relat Res. , (2016).
- Salter, R. B., Harris, W. R. Injuries Involving the Epiphyseal Plate. The Journal of Bone & Joint Surgery. 83 (11), 1753 (2001).
- Chung, R., Foster, B. K., Zannettino, A. C., Xian, C. J. Potential roles of growth factor PDGF-BB in the bony repair of injured growth plate. Bone. 44 (5), 878-885 (2009).
- Fischerauer, E., Heidari, N., Neumayer, B., Deutsch, A., Weinberg, A. M. The spatial and temporal expression of VEGF and its receptors 1 and 2 in post-traumatic bone bridge formation of the growth plate. J Mol Histol. 42 (6), 513-522 (2011).
- Chung, R., Cool, J. C., Scherer, M. A., Foster, B. K., Xian, C. J. Roles of neutrophil-mediated inflammatory response in the bony repair of injured growth plate cartilage in young rats. J Leukoc Biol. 80 (6), 1272-1280 (2006).
- Chung, R., et al. Roles of Wnt/beta-catenin signalling pathway in the bony repair of injured growth plate cartilage in young rats. Bone. 52 (2), 651-658 (2013).
- Zhou, F. H., Foster, B. K., Zhou, X. F., Cowin, A. J., Xian, C. J. TNF-alpha mediates p38 MAP kinase activation and negatively regulates bone formation at the injured growth plate in rats. J Bone Miner Res. 21 (7), 1075-1088 (2006).
- Arasapam, G., Scherer, M., Cool, J. C., Foster, B. K., Xian, C. J. Roles of COX-2 and iNOS in the bony repair of the injured growth plate cartilage. J Cell Biochem. 99 (2), 450-461 (2006).
