Kırık cihazları tasarımı ve kapalı-sağlamlık kırıklar Rodents için protokol optimizasyon
Summary
Tutarlı kırıklar verim için kırık üretimi parametrelerini optimize etmek için protokol hedefidir. Bu iletişim kuralı kemik boyutu ve hayvanlar arasında varolabilir morfoloji değişimler hesapları. Ayrıca, bir maliyet-etkin, ayarlanabilir kırık aparatı açıklanmıştır.
Abstract
Hayvan modellerinde tutarlı stabilize kırıklar güvenilir nesil kemik rejenerasyon biyoloji anlama ve tedavi ve cihazlar geliştirmek için önemlidir. Ancak, mevcut yaralanma modelleri boşa hayvanlar ve kaynakları ve kusurlu veri sonucu tutarsızlık boğulmuş. Kırık heterojenite bu sorunu çözmek için burada açıklanan yöntemin amacı kırık üretimi parametreleri her hayvan için belirli optimize etmek ve bir tutarlı kırık konum ve desen verim etmektir. Bu iletişim kuralı kemik boyutu ve fare suşları arasında bulunabilir ve tutarlı kırıklar sıçan gibi diğer türler oluşturmak için adapte edilebilir morfoloji hesapları. Ayrıca, bir maliyet-etkin, ayarlanabilir kırık aparatı açıklanmıştır. Geçerli stabil kırığı teknikleri için karşılaştırıldığında, en iyi duruma getirme Protokolü ve yeni kırık aparatı stabil kırığı desen ve mekanlar artan tutarlılık göstermektedir. Kullanarak parametreleri örnek türüne, açıklanan protokol artar bağlı travmalar, genellikle kapalı kırık üretimi yordamlarda gözlenen kırık heterojenite minimize duyarlığını optimize.
Introduction
Kırık iyileşmesi araştırma büyük bir klinik ve ekonomik sorunu çözmek gereklidir. Her yıl 12 milyon kırıklar Amerika Birleşik Devletleri1, maliyet $80 milyar yıl2başına ele alınır. Bir erkek veya kadın bir kırık onların yaşam boyu acı olasılığı % 25 ve % 44, sırasıyla3olduğunu. Kırık iyileşmesi ile ilgili sorunları ile nüfus yaş olarak artan comorbidities artış bekleniyor. Çalışma ve bu sorunu çözmek için kırık üretimi ve sabitleme sağlam modellerinin gereklidir. Kemirgen modelleri ideal bu amaç için uygundur. Onlar klinik önemi sağlamak ve adresi belirli koşullara (yani, birden fazla yaralanmalar, açık, kapalı, iskemik ve virüslü kırıklar) değiştirilebilir. Klinik senaryoları çoğaltma ek olarak, hayvan kırık modelleri kemik biyoloji ve gelişmekte olan tedavi ve aygıtların anlamak için önemlidir. Ancak, müdahaleler arasında farklılıklar çalışmaya girişimleri tutarsız kırık oluşturma tarafından kullanılmaya başlandı değişkenlik karmaşık. Böylece, tekrarlanabilir ve sürekli olarak kapalı kırık hayvan modellerinde üreten kas-iskelet araştırma alanı için esastır.
Düzgün potansiyel konu heterojenite için uygun genetik arka plan, cinsiyet, yaş ve çevre koşulları sağlayarak kontrol rağmen klinik olarak ilgili tutarlı kemik kırıklarının önemli bir değişken yapımıdır etkileyen tekrarlanabilirlik kontrol altına alınmalı. Tutarsız kırıklar kullanarak istatistiksel karşılaştırmaları deneysel gürültü ve yüksek değişkenlik4ile veba; Buna ek olarak, kırık değişkenliğine örnek boyutu veya parçalanmış veya malpositioned kırıklar hayvanlarla ötenazi için zorunluluk artırmak için ihtiyacı nedeniyle gereksiz hayvan ölüme neden olabilir. Burada açıklanan yöntemin amacı örnek türüne özgü kırık üretimi parametreler optimize etmektir ve tutarlı kırık konumu ve desen verim.
Kırık nesil mevcut modelleri kendi güçlü ve zayıf yönleri ile her iki geniş kategoriye ayrılır. Açık-kırık (osteotomi) modelleri sonra bir kırık kemik kesme veya bu zayıflaması ve sonra el ile5,6,7,8kırılma indüklenen kemik, ortaya çıkarmak için ameliyat. Bu yöntem faydaları kırık site ve bir daha tutarlı kırık konum ve desen doğrudan görselleştirme vardır. Ancak, fizyolojik ve klinik yaklaşım alaka ve yaralanma mekanizması sınırlıdır. Ayrıca, açık kırık üretimi yöntemlerinin cerrahi yaklaşım ve kapatma sırasında kontaminasyon riski için kemirgenler maruz kalır uzun süre ile gerektirir.
Kapalı teknikleri birçok açık teknik sınırlamaları gidermek. Kapalı teknikleri kırık kemik ve çevre dokular, daha fazla insan klinik yaralanmaları görülen benzer yaralanma indükler bir dışarıdan uygulanan künt cisim travması kullanarak üretmek. En yaygın yöntem 19849‘ Bonnarens ve Einhorn tarafından tanımlanmıştır. Onlar herhangi bir dış deri yaraları neden olmadan kemik kırmaya künt travma vermek için kullanılan ağırlıklı bir Giyotin nitelendirdi. Bu yöntem yaygın genetik10,11, farmakolojik tedavi12,13,14,15, mekanik16, etkisini incelemek için kabul edilmiş 17ve Fizyoloji18,19,20 fare ve sıçanlar şifa kemik. Kapalı yöntemleri yararına fizyolojik ilgili kırıklar olmakla birlikte, deneysel tekrarlanabilirlik ve titizlik kırık heterojenite tarafından sınırlıdır. Tutarsız kırık üretimi sınırlı grup arasında ayırt etme, kayıp numuneler ve istatistiksel anlamlılık ulaşmak için gereken hayvan artış sonuçlanır.
Değişkenlik kırık üretimi ve istikrar kontrol anlamlı sonuçlar üretmek için esastır. Kırık tamir biyoloji düzgün çalışması için basit ama sağlam bir kırık manken gereklidir. Model kemirgen türleri, kemik türleri (femur veya tibiae, örneğin) ve değişken fare genetik arka planlar genelinde çevrilebilir olmalı ve mutasyonlar indüklenen. Ayrıca, ideal yordamı Teknik olarak basit ve tutarlı sonuçlar üretmek gerekir. Adres kırık heterojenite için burada açıklanan yöntemi daha sonra parametreler optimize etmek ve ne olursa olsun yaş, cinsiyet veya genotip sürekli kapalı kırık oluşturmak için kullanılabilir bir iyi kontrollü kırık aygıt yapıdır.
Protocol
Representative Results
Discussion
Bu kırık en iyi duruma getirme ve üretimi iletişim kuralı araştırmacılar kırık parametreleri türetme yapıp yapmayacağınızı ve hassas, tekrarlanabilir, enine kırıklarında üretir minimal invaziv bir işlem gerçekleştirmek için verimli bir yöntem sağlar. Ayrıca, bu protokol yöntemi tutarlılık araştırmacılar arasında teşvik kırık üretimi parametreleri, ortak bir dizi oluşturur. Bu parametreler parametreleri (Örneğin, yaş, cinsiyet, cinsiyet ve genotip) çeşitli üzerinde day…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Bu yayında bildirilen araştırma Ulusal Enstitüsü artrit ve Musculoskeletal tarafından desteklendi ve cilt hastalıkları Ulusal Sağlık Enstitüleri Ödülü altında F30AR071201 ve R01AR066028 sayısı.
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 |
References
- Corso, P., Finkelstein, E., Miller, T., Fiebelkorn, I., Zaloshnja, E. Incidence and lifetime costs of injuries in the United States. Injury Prevention. 12 (4), 212-218 (2006).
- Nguyen, N. D., Ahlborg, H. G., Center, J. R., Eisman, J. A., Nguyen, T. V. Residual lifetime risk of fractures in women and men. Journal of Bone and Mineral Research: The Official Journal of the American Society for Bone and Mineral Research. 22 (6), 781-788 (2007).
- Thompson, Z., Miclau, T., Hu, D., Helms, J. A. A model for intramembranous ossification during fracture healing. Journal of Orthopaedic Research: Official Publication of the Orthopaedic Research Society. 20 (5), 1091-1098 (2002).
- Cheung, K. M. C., Kaluarachi, K., Andrew, G., Lu, W., Chan, D., Cheah, K. S. E. An externally fixed femoral fracture model for mice. Journal of Orthopaedic Research. 21 (4), 685-690 (2003).
- Connolly, C. K., et al. A reliable externally fixated murine femoral fracture model that accounts for variation in movement between animals. Journal of Orthopaedic Research. 21 (5), 843-849 (2003).
- Histing, T., et al. An internal locking plate to study intramembranous bone healing in a mouse femur fracture model. Journal of Orthopaedic Research. 28 (3), 397-402 (2010).
- 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. Journal of Biomechanics. 42 (13), 2089-2096 (2009).
- Bonnarens, F., Einhorn, T. A. Production of a standard closed fracture in laboratory animal bone. Journal of Orthopaedic Research. 2 (1), 97-101 (1984).
- Huang, C., et al. The spatiotemporal role of COX-2 in osteogenic and chondrogenic differentiation of periosteum-derived mesenchymal progenitors in fracture repair. PloS One. 9 (7), 100079 (2014).
- Waki, T., et al. Profiling microRNA expression during fracture healing. BMC Musculoskeletal Disorders. 17, 83 (2016).
- Yee, C. S., et al. Sclerostin antibody treatment improves fracture outcomes in a Type I diabetic mouse. Bone. 82, 122-134 (2016).
- Wong, E., et al. A novel low-molecular-weight compound enhances ectopic bone formation and fracture repair. The Journal of Bone and Joint Surgery. American Volume. 95 (5), 454-461 (2013).
- Prodinger, P. M., et al. Does Anticoagulant Medication Alter Fracture-Healing? A Morphological and Biomechanical Evaluation of the Possible Effects of Rivaroxaban and Enoxaparin Using a Rat Closed Fracture Model. PloS One. 11 (7), 0159669 (2016).
- Menzdorf, L., et al. Local pamidronate influences fracture healing in a rodent femur fracture model: an experimental study. BMC Musculoskeletal Disorders. 17, 255 (2016).
- Hagiwara, Y., et al. Fixation stability dictates the differentiation pathway of periosteal progenitor cells in fracture repair. Journal of Orthopaedic Research: Official Publication of the Orthopaedic Research Society. 33 (7), 948-956 (2015).
- Gardner, M. J., et al. Differential fracture healing resulting from fixation stiffness variability: a mouse model. Journal of Orthopaedic Science: Official Journal of the Japanese Orthopaedic Association. 16 (3), 298-303 (2011).
- Catma, M. F., et al. Remote ischemic preconditioning enhances fracture healing. Journal of Orthopaedics. 12 (4), 168-173 (2015).
- Lichte, P., et al. Impaired Fracture Healing after Hemorrhagic Shock. Mediators of Inflammation. 2015, 132451 (2015).
- Lopas, L. A., et al. Fractures in geriatric mice show decreased callus expansion and bone volume. Clinical Orthopaedics and Related Research. 472 (11), 3523-3532 (2014).
- Bonnarens, F., Einhorn, T. A. Production of a standard closed fracture in laboratory animal bone. Journal of orthopaedic research. 2 (1), 97-101 (1984).
- Marturano, J. E., et al. An improved murine femur fracture device for bone healing studies. Journal of Biomechanics. 41 (6), 1222-1228 (2008).
- Jackson, R. W., Reed, C. A., Israel, J. A., Abou-Keer, F. K., Garside, H. Production of a standard experimental fracture. Canadian Journal of Surgery. Journal Canadien De Chirurgie. 13 (4), 415-420 (1970).
- Byrne, M., Cleveland, B., Marturano, J., Wixted, J., Billiar, K. Design of a reproducible murine femoral fracture device. Conference: Bioengineering Conference, 2007. NEBC ’07. IEEE 33rd Annual Northeast. , (2007).
- Carter, D. R., Hayes, W. C. Compact bone fatigue damage-I. Residual strength and stiffness. Journal of Biomechanics. 10 (5), 325-337 (1977).
- McGee, A., Qureshi, A., Porter, K. Review of the biomechanics and patterns of limb fractures. Trauma. 6 (1), 29-40 (2004).
