Fraktur apparater Design og protokollen optimering for lukket-stabiliseret frakturer i gnavere

Summary

Målet med protokollen er at optimere fraktur generation parametre for at give ensartet frakturer. Denne protokol udgør variationer i knogle størrelse og morfologi, der kan eksistere mellem dyr. Derudover er en omkostningseffektiv, justerbar fraktur apparat beskrevet.

Abstract

Den pålidelige generation af konsekvent stabiliseret frakturer i dyremodeller er afgørende for forståelsen af knogle regenerering biologi og udviklingen af therapeutics og enheder. Dog er tilgængelige skade modeller plaget af inkonsekvens, hvilket resulterer i spildt dyr og ressourcer og ufuldstændige data. For at løse dette problem med fraktur heterogenitet, er formålet med metoden beskrevet heri at optimere fraktur generation parametre specifikt for hvert dyr og give en konsekvent fraktur placering og mønster. Denne protokol udgør variationer i knogle størrelse og morfologi, der kan eksistere mellem mus stammer og kan tilpasses til at generere konsekvent frakturer i andre arter, som rotte. Derudover er en omkostningseffektiv, justerbar fraktur apparat beskrevet. I forhold til nuværende stabiliseret fraktur teknikker, viser optimering protokol og nye fraktur apparatet øget konsistens i stabiliseret fraktur mønstre og steder. Ved hjælp af optimeret parametre specifikke for prøvetype, beskrevet protokollen øger præcisionen af inducerede traumer, minimere fraktur heterogenitet typisk observeret i lukket fraktur generation procedurer.

Introduction

Forskning på frakturheling er nødvendig for at imødegå en store klinisk og økonomisk problem. Hvert år mere end 12 millioner frakturer behandles i USA¹, koster 80 milliarder dollars pr. år². Sandsynligheden for en mandlig eller kvindelig lider en fraktur i deres levetid er 25% og 44%, henholdsvis³. Problemer forbundet med frakturheling forventes at stige med øget co-morbiditet som befolkningen aldre. For at undersøge og løse dette problem, er robust modeller af fraktur generation og stabilisering påkrævet. Gnavere modeller er velegnet til dette formål. De giver klinisk relevans og kan ændres til adresse specifikke betingelser (dvs.flere skader, åben, lukket, iskæmisk og inficerede frakturer). Ud over replikerende kliniske scenarier, er animalsk fraktur modeller vigtigt for at forstå knogle biologi og udvikle therapeutics og enheder. Men forsøg på at studere forskellene mellem indgreb kan blive kompliceret af variabiliteten indført af inkonsekvent fraktur generation. Således er generere reproducerbare og konsekvent lukkede frakturer i dyremodeller afgørende for muskel-og forskningsområdet.

Trods korrekt kontrol for potentielle emne heterogenitet ved at sikre passende genetiske baggrund, køn, alder og miljøforhold, produktion af klinisk relevante konsekvent knogler kvæstelser er en væsentlig variabel påvirker reproducerbarhed, der skal kontrolleres. Statistiske sammenligninger ved hjælp af inkonsekvent frakturer er plaget med eksperimentel støj og en høj variabilitet⁴; Desuden kan fraktur foranderlighed resultere i unødvendig dyrs død på grund af behovet for at øge stikprøvestørrelsen eller nødvendigheden af at aflive dyr med splintrede eller malpositioned frakturer. Formålet med metoden beskrevet heri er at optimere fraktur generation parametre, der er specifikke for prøvetypen og give en konsekvent fraktur placering og mønster.

Nuværende modeller af fraktur generation falder i to overordnede kategorier, hver med deres egne styrker og svagheder. Open-fraktur (osteotomi) modeller opereres for at udsætte den knogle, hvorefter en fraktur er foranlediget ved skæring knoglen eller svække det og derefter manuelt opdele den^5,6,7,8. Fordelene ved denne metode er den direkte visualisering af webstedet fraktur og en mere konsekvent fraktur placering og mønster. De fysiologiske og kliniske relevans af metoden og mekanisme af skade er dog begrænset. Derudover kræver åben metoder af fraktur generation en kirurgisk tilgang og lukning med længere perioder hvor gnavere er udsat for en øget risiko for kontaminering.

Lukket teknikker løse mange af de åbne teknik begrænsninger. Lukket teknikker producere frakturer ved hjælp af et eksternt stumpe kraft traumer, som inducerer skade på knoglen og omkringliggende væv, mere ligner dem set i humane kliniske skader. Den mest almindelige metode blev beskrevet af Bonnarens og Einhorn i 1984⁹. De beskrev en vægtet guillotine bliver brugt til at bibringe stumpe traumer for at bryde knoglen uden at forårsage nogen ydre hud sår. Denne metode er blevet bredt vedtaget for at studere effekten af genetik^10,11, farmakologisk terapi^12,13,14,15, mekanik^{16, 17}, og fysiologi^18,19,20 på knogle heling hos mus og rotter. Mens fordelen ved lukkede metoder er fysiologisk relevante frakturer, er eksperimentelle reproducerbarhed og stringens begrænset af fraktur heterogenitet. Inkonsekvent fraktur generation resulterer i en begrænset mellem gruppe differentiering, tabt prøver og en stigning i dyr, der er nødvendige for at opnå Statistisk signifikans.

Kontrollerende variabiliteten i fraktur generation og stabilisering er afgørende for at producere meningsfulde resultater. For at korrekt studere biologi af fraktur reparation, er en enkel, men effektiv fraktur model nødvendig. Modellen bør oversættes til gnaver arter, knogle typer (lårben og skinneben, for eksempel) og på tværs af variable mus genetiske baggrunde og induceret mutationer. Desuden, den ideelle procedure bør være teknisk simpelt og producere ensartede resultater. Til adresse fraktur heterogenitet, den metode beskrevet heri er opførelsen af en velkontrollerede fraktur-enhed, der kan derefter bruges til at optimere parametre og generere konsekvent lukkede frakturer uanset alder, køn eller genotype.

Protocol

Denne protokol blev udviklet for at sikre, at dyr ikke anvendes unødigt og er sparet for al unødvendig smerte og lidelse; det overholder alle gældende føderale, statslige, lokale og institutionelle love og retningslinjer vedrørende dyreforsøg. Protokollen blev udviklet under ledelse af et universitet-dækkende laboratorium animalsk medicin programmet instrueret af dyrlæger med speciale i laboratorium animalsk medicin. Protokollen blev gennemgået og godkendt af institutionelle Animal Care og brug udvalg (IACUC).</…

Representative Results

Guillotinen tidligere brugt i vores laboratorium blev udviklet i 2004 og var baseret på modeller udgivet af Einhorn21. Design tillod ikke justeringer for at tage tilstrækkeligt højde for eventuelle forskelle i knoglen morfologi og tillod ikke en reproducerbar positionering af ekstremiteten. Desuden, den tidligere apparater kræves to personer til at betjene den. Derfor, vi designet, konstrueret, og byggede en ny fraktur. Det vigtigste designmål var muligheden t…

Discussion

Denne fraktur optimering og generation protokol giver forskere med en effektiv metode til at udlede på fraktur parametre og udføre en minimalt invasiv procedure, som fremstiller præcise, repeterbare, tværgående frakturer. Derudover indfører denne protokol et fælles sæt af fraktur generation parametre, som fremmer metode konsekvens blandt forskere. Disse parametre vil muliggøre etablering af en fælles fraktur database at etablere fraktur standarder baseret på forskellige parametre (f.eks.alder, køn, k…

Materials

Support Subassembly			Supplementary Figure 1
Beam, Support–Jaw Section	80/20	1003 x 9.00	w/ #7042 at A, C, in Left End
Beam, Support–Horizontal Section	80/20	1002 x 14.00
Beam, Support–Vertical 1	80/20	1050 x 10.50	w/ #7042 at A in Left End and at A in Right End
Beam, Support–Vertical 2	80/20	1010 x 10.50	w/ #7042 at D, B in Left End and at A in Right End
Beam, Support–Plate Mount	80/20	1030 x 8.00	w/ #7036 at Left End
Beam, Support–Magnet	80/20	1010 x 13.50	w/ #7042 at A, C, in Right End
Anchors (3)	80/20	3392
Double Anchor (3)	80/20	3091
Bolt Assembly (6)	80/20	3386	1/4-20 x 3/8"
Button Head Socket Cap Screw (6)	80/20	3604	1/4-20 x 3/4"
Ram Subassembly			Supplementary Figure 2
Block, Stop	Custom		Supplementary Figure 3
Block, Guide	Custom		Supplementary Figure 3
Rod, Ram	Custom		Supplementary Figure 4
Alignment Screw	Custom		Supplementary Figure 5
Plate, Mounting	Custom		Supplementary Figure 6
Linear Sleeve Bearing (2)	McMaster-Carr	8649T2
Hex Nut (3)	McMaster-Carr	92673A125	3/8-16 UNC
Socket Cap Screw (8)	McMaster-Carr	92196A108	4/40 x 3/8"
Socket Cap Screw (6)	McMaster-Carr	92196A032	4/40 x 1 1/8"
Socket Cap Screw (1)	McMaster-Carr	92196A267	10/32 3/8"
Magnet Subassembly			Supplementary Figure 7
Mount, Magnet	Custom		Supplementary Figure 8
Power Supply	McMaster-Carr	70235K23
Foot Switch	McMaster-Carr	7376k2
Electromagnet	McMaster-Carr	5698k111
Wire – 10 feet	McMaster-Carr	9936k12
Rod, Magnet	McMaster-Carr	95412A566	1/4" Threaded Rod x 7"
Corner Bracket (6)	80/20	4108
Socket Cap Screw (1)	McMaster-Carr	92196A705	10/32 1 1/4"
Hex Nut (4)	McMaster-Carr	92673A113	1/4-20 UNC
Complete Assembly			Supplementary Figure 9
Bracket, Leg Jaw (2)	Custom		Supplementary Figure 10
Platform, Fracture	Custom		Supplementary Figure 11
Jig, Positioning-Fracture	Custom		Supplementary Figure 12
Other
Pin Cutter	Medical Supplies and Equipment	150S
Needles	Sigma	Z192430, Z192376	23g x 1.5" – mouse femur, 27g x 1.25" – mouse tibia