Semiautomated boyuna Microcomputed tomografi tabanlı nicel yapısal analizi bir çıplak sıçan vertebra kırığı Osteoporoz ile ilgili Model
Summary
Boyuna değerlendirilmiş vivo içinde bir semiautomated microcomputed tomografi tabanlı nicel yapısal analizi kullanarak olabilir bir çıplak sıçan vertebral kompresyon Osteoporoz ile ilgili kırık modeli oluşturmak için bu iletişim kuralını hedefidir.
Abstract
Osteoporoz ile ilgili vertebral kompresyon kırıkları (OVCFs) ile dünya nüfusunun yaş olarak yaygınlık artan bir ortak ve klinik olarak karşılanmamış ihtiyaç vardır. Hayvan OVCF modelleri translasyonel doku Mühendisliği stratejileri preklinik gelişimi için gereklidir. Şu anda modeller bir dizi var iken, bu iletişim kuralını birden çok son derece tekrarlanabilir vertebra ekranlarda bulunan tek bir çıplak sıçan inducing bir en iyi duruma getirilmiş yöntemler açıklanmıştır. Bir roman boyuna semiautomated microcomputed tomografi (µCT)-tabanlı nicel yapısal analizi vertebra kusurların ayrıca ayrıntılı. Kısaca, fareler birden çok kez Puan ameliyat sonrası görüntüsü. 1. gün tarama standart bir konuma reoriented ve ilgi standart birim tanımlanmıştır. Aynı birimin ilgi sonra yeni kemik oluşumu için değerlendirmek için analiz edildi bu yüzden sonraki µCT inceden inceye gözden geçirmek her fare gün 1 tarama için otomatik olarak kaydedildi. Bu çok yönlü yaklaşım çeşitli nerede boyuna görüntüleme tabanlı analiz tam 3D semiautomated hizalama faydalı olacağını diğer modeller için adapte edilebilir. Birlikte ele alındığında, bu iletişim kuralı bir kolayca ölçülebilir ve kolayca tekrarlanabilir sistemi Osteoporoz ve kemik araştırma için açıklar. Önerilen protokol Osteoporoz çıplak Ovariektomili Sıçanlarda arasında 2.7 ve 4 h oluşturmak, resim ve doku boyutu ve ekipman bağlı olarak iki vertebra hataları çözümlemek için ikna etmek için 4 ay sürer.
Introduction
200 milyondan fazla kişi dünya çapında Osteoporoz1‘ den muzdarip. Altta yatan patolojik kemik mineral yoğunluğu (KMY) azaltmak ve değiştirilmiş kemik mikro mimarisi artırmak kemik kırılganlık ve sonuç olarak, göreli risk kırık2. Osteoporoz çok yaygın ve DSÖ bu büyük kamu sağlık sorunu tanımlamıştır sağlık için zararlı olduğunu. Ayrıca, dünya nüfusunun yaş için beklendiği gibi Osteoporoz daha da yaygın hale bekleniyor.
Osteoporotik vertebral kompresyon en yaygın kırılganlık kırıkları, ABD’de bir yıl fazla 750.000 tahmin vardır. Dokuz kere daha yüksek ölüm oranı gibi3önemli morbidite ve çok ilişkili olduklarından. Klinik çalışmalarda, şu anda Vertebroplasti ve Kifoplasti, gibi mevcut cerrahi müdahaleler bu hastalar için sadece ağrı yönetimi kullanılabilir bırakarak bir sahte tedavi4,5, yok daha etkili bulunmuştur. Mevcut OVCF tedaviler sınırlı olduğundan, bu bozukluğu6,7,8çoğaltabilir bir hayvan modeli geliştirmek için zorunludur. Hayvan modelleri gibi güncel tedavi yöntemleri incelenmesi ve klinik uygulamaya tercüme edecek yeni tedavilerin geliştirilmesi kolaylaştırabilir. Osteoporoz indüklenen ve ovariectomy1,9,10,11, ile birlikte düşük kalsiyum diyeti (LCD) yönetim aracılığıyla modeli hayvanlarda sürekli 12 , 13 , 14 , 15. OVCFs ile ilişkili kemik kaybı daha fazla model için vertebra kemik defektleri Osteoporotik immün fareler 16,17,18,19‘, kuruldu 20,21,22,23,24. Bu çalışmada, vertebra kusur manken immün sıçan modellenmiş Osteoporoz ile sunulur. Bu yeni model kök hücreler çeşitli kaynaklardan ve onarım için türlerin OVCFs gibi zor kırıklar türetilmiş içeren hücre tabanlı terapiler değerlendirmek için kullanılabilir.
Kemik görüntüleme kırıklar ve kemik hastalıkları değerlendirilmesi çok önemli bir parçasıdır. Gelişmiş görüntüleme yöntemleri yapısal kemik değişiklikleri ve rejenerasyon stratejileri25doğru değerlendirilmesi için geliştirilmiştir. Bunlar arasında µCT görüntüleme yüksek çözünürlüklü 3 boyutlu görüntüleri sağlayan bir non-invaziv, kullanımı kolay ve ucuz yöntemi ortaya çıkmıştır. Yüksek çözünürlüklü 3D sonra kantitatif analiz edilebilir mikro mimarisi26 kemik sunduğundan µCT görüntüleme Osteoporoz hastaları, değerlendirilmesinde diğer yöntemleri üzerinde çeşitli avantajları vardır. İkincisi daha sonra önerilen tedaviler tedavi edici etkileri karşılaştırmak için kullanılabilir. Nitekim, in vivo µCT görüntüleme vertebra kusur rejenerasyon1,16,27izleme için bir altın standarttır. Ancak, birkaç yayınlar28,29,30,31 kullanıcı-bağımlılık, ilişkilendirme önyargı ve duyarlık hata µCT en aza indirmek için otomatik kayıt araçları istihdam görüntüleme tabanlı analiz. Son zamanlarda, bu protokolü32 açıklandığı gibi kemik rejenerasyon bir standart kemik boşluğu, çözümleme geliştirmek için bir kayıt yordamı kullanın için ilk idi.
Burada açıklanan yöntemi roman hücre tedavilerin etkisini OVCFs için eğitim için kullanılan, ana bilgisayar tarafından xenogeneic veya allojenik hücre reddetmek T hücreli yanıt engellenemeyen. Osteoporoz genç sıçanlar ovariectomy (OVX) ve 4 ay bir LCD indüklenen. LCD ile kombine OVX fareler, genç yaşta girebilir, Postmenopozal Osteoporoz geri dönüşü olmayan kemik kaybı için önde gelen tarafından taklit eden bir düşük zirve kemik kitle ulaşmak için. Bu, LCD sırasında ve yaklaşık 3 ay-in yaş, remodeling için modelleme kemik fareler geçiş, böylece üzerinde Osteoporoz sürdürmenin olasılığını artırma lomber vertebra33, faz kısmen gerçeği açıklanabilir zaman. Onlar daha az maliyet gibi genç hayvanlar kullanarak bu model daha maliyet etkin yapar. Yine de, biyolojik değişikliklerin yaşlanma hayvan muhasebe tarafından doğal olarak değil sınırlıdır.
Protocol
Representative Results
Discussion
Osteoporoz omurga ve vertebra vücut çöküşü o sonucu artan bir yük nedeniyle vertebral kompresyon kırıkları en yaygın nedeni. Ancak, bir yaralanma otantik benzer bir vertebra Daralt çoğaltır bir kemirgen oluşturmak neredeyse imkansız. Bunun yerine, araştırmacılar OVCFs16,17,18,19,20,21,<sup class=…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Araştırma rejeneratif tıp (CIRM) (TR2-01780) için bir hibe California Institute tarafından desteklenmiştir.
Materials
| Isoflurane | MWI Animal Health, Pasadena, CA | 501017 | |
| BetadineSolution | MWI Animal Health, Pasadena, CA | 4677 | |
| Chlorhexidine Gluconate2%scrub | MWI Animal Health, Pasadena, CA | 510083 | |
| Isopropyl Alcohol 70%-quart | MWI Animal Health, Pasadena, CA | 501044 | |
| Carprofen | MWI Animal Health, Pasadena, CA | 26357 | |
| Buprenorphine0.3mg/mL | MWI Animal Health, Pasadena, CA | 56163 | |
| Ovariectomized Athymic nude rats | Harlan Laboratories, Indianapolis, IN | Hsd:RH-Foxn1 rnu | |
| Low calcium food | Newco Distributors, Inc., CA | 1814948 (5AV8 AIN-93M w/low calcium) | |
| Phosphate Buffered Saline | Life Technologies Corporation | 14190250 | |
| Dermabond | J AND J ETHICON | DHVM12 | |
| Anesthesia machine | Patterson Scientific | TEC 3EX | |
| Slide Top Induction Chambers | Patterson Scientific | 78917833 | |
| ProStation Heated Workstation | Patterson Scientific | 78914731 | |
| Surgical drape | HALYARD HEALTH INC | 89101 | |
| Magnetic fixator retraction system | Fine Science Tools, Inc., CA | 18200-50 | |
| Dissecting Scissors, 10cm, Curved, SS | World Precision Instruments, FL | 14394 | |
| Iris Scissors, 11.5cm, 45°Angle, Serrated, Sharp/Sharp | World Precision Instruments, FL | 503225 | |
| Forceps, no. 5 | World Precision Instruments, FL | 555048FT | |
| Micro Mosquito Hemostatic Forceps | World Precision Instruments, FL | 503360 | |
| Sterile cotton gauze | Medtronic, MINNEAPOLIS, MN | 9024 | |
| Absorption Spears – Mounted/Sterile | Fine Science Tools, CA | 18105-01 | |
| Syringe, 1 ml | TERUMO TERUMO MED | SS-01T | |
| Needle, 25gauge | BD MED SYS INJECTION SYS | 305127 | |
| Laminar flow hood | Baker | SterilGARD e3-Class II Type A2 Biosafety Cabinet | |
| Thermal Cautery Unit | World Precision Instruments, FL | 501292 | |
| Micro-Drill OmniDrill115/230V | World Precision Instruments, FL | 503598 | |
| Trephines for Micro Drill, 2mm diameter | Fine Science Tools, CA | 18004-20 | |
| 3-0 Vicryl undyed 27” SH taper | J AND J ETHICON | 1663G | |
| 4-0 Ethilon black 18” PC3 conventional cutting | J AND J ETHICON | 1954G | |
| Conebeam in vivo microCT (vivaCT 40) | Scanco Medical | vivaCT 40 | |
| SCANCO Medical microCT systems software suite | Scanco Medical | vivaCT 40 | |
| Analyze software | Biomedical Imaging, Mayo Clinic, Rochester, MN | Analyze 12 | Image analysis software |
| Veterenery eye ointment | |||
Referências
- Wang, M. L., Massie, J., Perry, A., Garfin, S. R., Kim, C. W. A rat osteoporotic spine model for the evaluation of bioresorbable bone cements. Spine J. 7 (4), 466-474 (2007).
- . Consensus development conference: prophylaxis and treatment of osteoporosis. Am J Med. 90 (1), 107-110 (1991).
- Center, J. R., Nguyen, T. V., Schneider, D., Sambrook, P. N., Eisman, J. A. Mortality after all major types of osteoporotic fracture in men and women: an observational study. Lancet. 353 (9156), 878-882 (1999).
- Buchbinder, R., et al. A randomized trial of vertebroplasty for painful osteoporotic vertebral fractures. N Engl J Med. 361 (6), 557-568 (2009).
- Kallmes, D. F., et al. A randomized trial of vertebroplasty for osteoporotic spinal fractures. N Engl J Med. 361 (6), 569-579 (2009).
- Kado, D. M., et al. Vertebral fractures and mortality in older women: a prospective study. Study of Osteoporotic Fractures Research Group. Arch Intern Med. 159 (11), 1215-1220 (1999).
- Silverman, S. L. The clinical consequences of vertebral compression fracture. Bone. 13, S27-S31 (1992).
- Ross, P. D. Clinical consequences of vertebral fractures. Am J Med. 103 (2A), 30S-43S (1997).
- Saito, T., Kin, Y., Koshino, T. Osteogenic response of hydroxyapatite cement implanted into the femur of rats with experimentally induced osteoporosis. Biomaterials. 23 (13), 2711-2716 (2002).
- Koshihara, M., Masuyama, R., Uehara, M., Suzuki, K. Effect of dietary calcium: Phosphorus ratio on bone mineralization and intestinal calcium absorption in ovariectomized rats. Biofactors. 22 (1-4), 39-42 (2004).
- Martin-Monge, E., et al. Validation of an osteoporotic animal model for dental implant analyses: an in vivo densitometric study in rabbits. Int J Oral Maxillofac Implants. 26 (4), 725-730 (2011).
- Agata, U., et al. The effect of different amounts of calcium intake on bone metabolism and arterial calcification in ovariectomized rats. J Nutr Sci Vitaminol (Tokyo). 59 (1), 29-36 (2013).
- Govindarajan, P., et al. Bone matrix, cellularity, and structural changes in a rat model with high-turnover osteoporosis induced by combined ovariectomy and a multiple-deficient diet. Am J Pathol. 184 (3), 765-777 (2014).
- Govindarajan, P., et al. Implications of combined ovariectomy/multi-deficiency diet on rat bone with age-related variation in bone parameters and bone loss at multiple skeletal sites by DEXA. Med Sci Monit Basic Res. 19, 76-86 (2013).
- Alt, V., et al. A new metaphyseal bone defect model in osteoporotic rats to study biomaterials for the enhancement of bone healing in osteoporotic fractures. Acta Biomater. 9 (6), 7035-7042 (2013).
- Liang, H., et al. Use of a bioactive scaffold for the repair of bone defects in a novel reproducible vertebral body defect. Bone. 47 (2), 197-204 (2010).
- Liang, H., Li, X., Shimer, A. L., Balian, G., Shen, F. H. A novel strategy of spine defect repair with a degradable bioactive scaffold preloaded with adipose-derived stromal cells. Spine J. 14 (3), 445-454 (2014).
- Fujishiro, T., et al. Histological evaluation of an impacted bone graft substitute composed of a combination of mineralized and demineralized allograft in a sheep vertebral bone defect. J Biomed Mater Res A. 82 (3), 538-544 (2007).
- Sheyn, D., et al. Gene-modified adult stem cells regenerate vertebral bone defect in a rat model. Mol Pharm. 8 (5), 1592-1601 (2011).
- Phillips, F. M., et al. In vivo BMP-7 (OP-1) enhancement of osteoporotic vertebral bodies in an ovine model. Spine J. 6 (5), 500-506 (2006).
- Kobayashi, H., et al. Long-term evaluation of a calcium phosphate bone cement with carboxymethyl cellulose in a vertebral defect model. J Biomed Mater Res A. 88 (4), 880-888 (2009).
- Turner, T. M., et al. Vertebroplasty comparing injectable calcium phosphate cement compared with polymethylmethacrylate in a unique canine vertebral body large defect model. Spine J. 8 (3), 482-487 (2008).
- Zhu, X. S., et al. A novel sheep vertebral bone defect model for injectable bioactive vertebral augmentation materials. J Mater Sci Mater Med. 22 (1), 159-164 (2011).
- Vanecek, V., et al. The combination of mesenchymal stem cells and a bone scaffold in the treatment of vertebral body defects. Eur Spine J. 22 (12), 2777-2786 (2013).
- Geusens, P., et al. High-resolution in vivo imaging of bone and joints: a window to microarchitecture. Nat Rev Rheumatol. 10 (5), 304-313 (2014).
- Genant, H. K., Engelke, K., Prevrhal, S. Advanced CT bone imaging in osteoporosis. Rheumatology (Oxford). 47, 9-16 (2008).
- Kallai, I., et al. Microcomputed tomography-based structural analysis of various bone tissue regeneration models. Nature Protocols. 6 (1), 105-110 (2011).
- Lambers, F. M., Kuhn, G., Schulte, F. A., Koch, K., Muller, R. Longitudinal assessment of in vivo bone dynamics in a mouse tail model of postmenopausal osteoporosis. Calcif Tissue Int. 90 (2), 108-119 (2012).
- de Bakker, C. M., et al. muCT-based, in vivo dynamic bone histomorphometry allows 3D evaluation of the early responses of bone resorption and formation to PTH and alendronate combination therapy. Bone. 73, 198-207 (2015).
- Lan, S. H., et al. 3D image registration is critical to ensure accurate detection of longitudinal changes in trabecular bone density, microstructure, and stiffness measurements in rat tibiae by in vivo microcomputed tomography (μCT). Bone. 56 (1), 83-90 (2013).
- Nishiyama, K. K., Campbell, G. M., Klinck, R. J., Boyd, S. K. Reproducibility of bone micro-architecture measurements in rodents by in vivo micro-computed tomography is maximized with three-dimensional image registration. Bone. 46 (1), 155-161 (2010).
- Sheyn, D., et al. PTH Induces Systemically Administered Mesenchymal Stem Cells to Migrate to and Regenerate Spine Injuries. Mol Ther. 24 (2), 318-330 (2016).
- Lelovas, P. P., Xanthos, T. T., Thoma, S. E., Lyritis, G. P., Dontas, I. A. The laboratory rat as an animal model for osteoporosis research. Comp Med. 58 (5), 424-430 (2008).
- Bouxsein, M. L., et al. Guidelines for assessment of bone microstructure in rodents using micro-computed tomography. J Bone Miner Res. 25 (7), 1468-1486 (2010).
- de Lange, G. L., et al. A histomorphometric and micro-computed tomography study of bone regeneration in the maxillary sinus comparing biphasic calcium phosphate and deproteinized cancellous bovine bone in a human split-mouth model. Oral Surg Oral Med Oral Pathol Oral Radiol. 117 (1), 8-22 (2014).
- Ramalingam, S., et al. Guided bone regeneration in standardized calvarial defects using beta-tricalcium phosphate and collagen membrane: a real-time in vivo micro-computed tomographic experiment in rats. Odontology. 104 (2), 199-210 (2016).
- Leary, S., et al. . AVMA guidelines for the euthanasia of animals: 2013 edition. , (2013).
- Wang, M. L., Massie, J., Allen, R. T., Lee, Y. P., Kim, C. W. Altered bioreactivity and limited osteoconductivity of calcium sulfate-based bone cements in the osteoporotic rat spine. Spine J. 8 (2), 340-350 (2008).
- Liang, H., Li, X., Shimer, A. L., Balian, G., Shen, F. H. A novel strategy of spine defect repair with a degradable bioactive scaffold preloaded with adipose-derived stromal cells. Spine J. 14 (3), 445-454 (2013).
- Sheyn, D., et al. PTH induces systemically administered mesenchymal stem cells to migrate to and regenerate spine injuries. Mol Ther. 24 (2), 318-330 (2015).
- Matthieu, R., et al. A new rat model for translational research in bone regeneration. Tissue Eng Part C Methods. , (2015).
- Turner, A. S. Animal models of osteoporosis–necessity and limitations. Eur Cell Mater. 1, 66-81 (2001).
