समायोज्य कठोरता, चूहा फीमर Osteotomy और कमानी अस्थि दोष मॉडल के लिए बाहरी Fixator
Summary
One constraint of preclinical research in the field of bone repair is the lack of experimental control over the local mechanical environment within a healing bone lesion. We report the design and use of an external fixator for bone repair with the ability to change fixator stiffness in vivo.
Abstract
यह फ्रैक्चर ठीक हो जायेगा तरीका निर्धारित करता है के रूप में टूट की हड्डी के उपचार के आसपास यांत्रिक वातावरण बहुत महत्वपूर्ण है. पिछले दशक के दौरान घाव के आसपास निर्धारण स्थिरता के माध्यम से यांत्रिक पर्यावरण बदलकर हड्डी चिकित्सा में सुधार लाने में महान नैदानिक ब्याज कर दिया गया है. इस क्षेत्र में preclinical पशु अनुसंधान में से एक बाधा प्रयोगात्मक एक बड़ी कमानी दोष के भीतर स्थानीय यांत्रिक पर्यावरण पर नियंत्रण के साथ ही वे चंगा रूप osteotomies की कमी है. इस पत्र में हम बड़ी कमानी अस्थि दोष या osteotomies की चिकित्सा अध्ययन करने के लिए डिजाइन और एक बाहरी fixator के उपयोग पर रिपोर्ट. यह भर देता है के रूप में इस डिवाइस हड्डी घाव पर नियंत्रित अक्षीय कठोरता के लिए अनुमति देता है न केवल, लेकिन यह भी विवो में घाव भरने की प्रक्रिया के दौरान कठोरता के परिवर्तन में सक्षम बनाता है. किए गए प्रयोगों fixators एक 5 मिमी ऊरु दोष अंतराल बनाए रखने में सक्षम थे कि पता चला है अप्रतिबंधित पिंजरे दौरान vivo में चूहों मेंकम से कम 8 सप्ताह के लिए गतिविधि. इसी तरह, हम पूरे उपचार की अवधि के दौरान पिन संक्रमण सहित कोई विकृति या संक्रमण, मनाया. ये परिणाम हमारे नव विकसित बाहरी fixator प्रतिलिपि प्रस्तुत करने योग्य और मानकीकृत स्थिरीकरण को प्राप्त करने में सक्षम था, और इन विवो चूहा बड़ी अस्थि दोष और विभिन्न आकार osteotomies के यांत्रिक पर्यावरण के परिवर्तन दिखाना है कि. यह बाहरी नियतन युक्ति हड्डी पुनर्जनन और मरम्मत के क्षेत्र में एक चूहे मॉडल का उपयोग preclinical अनुसंधान जांच के लिए अच्छी तरह से अनुकूल है कि पुष्टि करता है.
Introduction
अध्ययन का एक नंबर अस्थि ऊतकों की मरम्मत 1-6 में शामिल जीवविज्ञान का तंत्र की हमारी समझ में सुधार हुआ है. ऐसे अक्षीय, कतरनी और interfragmentary आंदोलनों (IFMs) के रूप में हड्डी की मरम्मत पर यांत्रिक स्थितियों का प्रभाव बड़े पैमाने पर 7-15 अध्ययन किया गया है. पिछले कई वर्षों में, अधिक से अधिक अध्ययन vivo मॉडल में फ्रैक्चर, Osteotomy और बड़ी कमानी अस्थि दोष का उपयोग हड्डी चिकित्सा पर यांत्रिक पर्यावरण के प्रभाव का वर्णन करने में उभरने के लिए शुरू कर दिया. इसलिए, विश्वसनीय निर्धारण के तरीकों प्रतिलिपि प्रस्तुत करने योग्य और विश्वसनीय अध्ययन के परिणामों प्राप्त करने के लिए आवश्यक हैं.
यह फ्रैक्चर ठीक हो जायेगा तरीका निर्धारित करता है के रूप में चिकित्सा फ्रैक्चर के आसपास यांत्रिक वातावरण बहुत महत्वपूर्ण है. इस प्रकार, निर्धारण डिवाइस का चुनाव बहुत महत्वपूर्ण है और ध्यान से अध्ययन डिजाइन के आधार पर चयन किया जाना चाहिए, और इस तरह के अंतराल के आकार और फ्रैक्चर के प्रकार के रूप में अन्य कारकों. निर्धारण डिवाइस के यांत्रिक गुणों एकइससे भी ज्यादा महत्वपूर्ण पुन असर पूरा वजन के प्रयोग की अवधि के दौरान एक निरंतर अंतराल के आकार, लेकिन यह भी चिकित्सा हड्डी के लिए एक आदर्श यांत्रिक वातावरण न केवल प्रदान करता है कि एक निर्धारण की स्थापना के लिए बड़े अस्थि दोष की बोनी चिकित्सा का अध्ययन करते. वे अन्य निर्धारण उपकरणों पर एक फायदा है क्योंकि बाहरी fixators सामान्यतः फ्रैक्चर और बड़ी अस्थि दोष प्रयोगात्मक उपचार के मॉडलों में इस्तेमाल किया जाता है. बाहरी fixators का मुख्य लाभ यह है कि वे के रूप में प्रयोग के दौरान डिवाइस की स्थिरता बार बदलते या समायोजन करके प्राप्त किया जा सकता है, जो एक माध्यमिक हस्तक्षेप के बिना विवो में दोष साइट पर यांत्रिक पर्यावरण के परिवर्तन के लिए अनुमति देते हैं हड्डी चिकित्सा प्रगति. इसके अलावा, यह हड्डी की मरम्मत को बढ़ाने के लिए विशिष्ट स्थानीय यांत्रिक उत्तेजना के आवेदन परमिट, और भी विवो में घट्टा ऊतक की कठोरता को मापने के लिए क्षमता प्रदान करता है. फिर भी, उपकरणों को भी कुछ नुकसान हैउस में शामिल हैं: मुलायम ऊतकों, संक्रमण और पिन टूटना की जलन.
दुर्भाग्य से, इस तरह के प्रत्यारोपण प्रत्यारोपण विकास के समय में "शेल्फ" उपलब्ध नहीं थे, और जांचकर्ताओं एक उद्देश्य के लिए उपयोग अपने स्वयं के fixators डिजाइन कस्टम करने के लिए मजबूर किया गया. यह भर देता है के रूप में इसलिए, इस क्षेत्र में अनुसंधान की एक बाधा एक बड़ी कमानी दोष के भीतर स्थानीय यांत्रिक पर्यावरण पर प्रयोगात्मक नियंत्रण की कमी के साथ ही osteotomies था. एक बाहरी fixator के यांत्रिक विशेषताओं द्वारा परिभाषित कर रहे हैं, और संग्राहक द्वारा किया जा सकता है, जिसमें शामिल चर की एक बड़ी संख्या: पिन, पिन व्यास, पिन सामग्री के बीच की दूरी, पिन, fixator बार लंबाई, fixator बार संख्या की संख्या, fixator बार सामग्री, fixator बार मोटाई और fixator बार (भरपाई) करने के लिए हड्डी की सतह से दूरी. हैरानी की बात है, पढ़ाई के ही एक कमी व्यक्तिगत घटकों के यांत्रिक योगदान की जांच की है कि पाया जा सकता हैकृंतक पढ़ाई 16,18,28 में इस्तेमाल fixators या पूरे फ्रेम विन्यास की. उदाहरण के लिए, एक अध्ययन के परिणामों के निर्धारण निर्माण की कुल कठोरता का निर्धारण करने में मुख्य योगदान कारकों में से एक उनके ऑफसेट, व्यास और सामग्री के गुणों 28 के संबंध में पिन के लचीलेपन का वर्चस्व था कि पता चला है. ऊपर उल्लिखित अध्ययन से परिणाम स्पष्ट रूप से निर्धारण डिवाइस द्वारा प्रदान यांत्रिक पर्यावरण जानने अत्यंत महत्वपूर्ण है, और अभी तक, कई मामलों में विस्तार से जांच की है न कि सुझाव. वर्तमान कागज इस समस्या के हल के लिए एक बाहरी fixator के डिजाइन, विनिर्देशों, और इन विवो में आरोपण रिपोर्ट. इस fixator भी चिकित्सा की प्रगति के रूप में यांत्रिक पर्यावरण, विवो में घाव भरने की प्रक्रिया के विभिन्न चरणों के Mechano संवेदनशीलता के अध्ययन के लिए सक्षम बनाता है कि एक संपत्ति की मॉडुलन के लिए अनुमति देता है. साथ ही, साथ ही भव्य एक नियंत्रित और प्रतिलिपि प्रस्तुत करने योग्य स्थानीय मैकेनिकअल वातावरण, इसकी पहुंच भी हड्डी उपचार के विभिन्न चरणों में इस माहौल का मॉडुलन के लिए अनुमति देता है.
हम डिजाइन fixator व्यापक रूप से प्रायोगिक पशुओं 22-27 में फ्रैक्चर निर्धारण 16-21 और बड़े दोष मॉडल के लिए प्रयोग किया जाता है जो बाहरी नियतन, पर आधारित था. हमारे बाहरी fixator और साहित्य की रिपोर्ट में अन्य मौजूदा डिजाइन के बीच अंतर उनके स्थिरता बार Kirschner तारों (कश्मीर तारों) के साथ एक मजबूत पकड़ है शिकंजा के साथ सुरक्षित है. डिजाइन के इस प्रकार सप्ताह में दो बार retightened जा शिकंजा की आवश्यकता है (कभी कभी भी साप्ताहिक) लोड हो रहा स्थिरता बार का ढीला रोकने के लिए वजन असर के माध्यम से लागू किया जाता है के रूप में ऑफसेट की दूरी बनाए रखा है कि यह सुनिश्चित करना. ऐसे ढीला होता है, यह इस तरह के कोणीय, अनुप्रस्थ और चिकित्सा हड्डी को मरोड़ कतरनी आंदोलनों के रूप में अवांछित अतिरिक्त लोडिंग की स्थिति के लिए अनुमति देता है (researche साथ व्यक्तिगत अनुभव, संचार पर आधारितये जानने के बाद रुपए)., एक बाहरी fixator fixator की कठोरता को बदलने की आवश्यकता है, यह बढ़ते पिन imbedded हैं जहां मुख्य मॉड्यूल से जुड़ी कनेक्शन तत्वों को हटाने के द्वारा प्राप्त कर लिया जाएगा कि इस तरह के रूप में डिजाइन किया गया था. इन विवो पायलट प्रयोग यह बड़ी मात्रा में निर्मित होने से पहले यह सब प्रस्तावित मांगों को पूरा करती है कि सुनिश्चित करने के लिए नए बाहरी fixator प्रोटोटाइप के साथ प्रदर्शन किया गया था.
इस पत्र के लिए मुख्य उद्देश्य चिकित्सा की प्रक्रिया के दौरान इन विवो में कठोरता को बदलने की क्षमता के साथ चूहे में बड़े अस्थि दोष और osteotomies के लिए इस्तेमाल एक बाहरी fixator के लिए एक नई शल्य चिकित्सा पद्धति पेश करने के लिए है. यह निर्धारण विधि चूहों की femora पर विवो में लागू किया जाता है.
Protocol
Representative Results
Discussion
एक बड़े अस्थि दोष बनाने के लिए एक शल्य प्रक्रिया का सबसे महत्वपूर्ण कदम हैं: 1) चूहे की उचित शरीर के वजन को चुनने के बाहरी fixator के आकार से मिलान करने के लिए; 2) प्रक्रिया के दौरान एक बाँझ वातावरण बनाए रखने; और 3)…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
इस काम एओ फाउंडेशन (एस 08-42G) और RISystem एजी द्वारा समर्थित किया गया.
हम एक बहुत बड़ा विस्तार करना चाहते हैं "धन्यवाद!" हमें इस शल्य चिकित्सा की प्रक्रिया के फिल्मांकन के लिए अपने या सुविधाओं का उपयोग करने के लिए अनुमति देने में इतना मिलनसार होने के लिए ए ओ अनुसंधान संस्थान दावोस, स्विट्ज़रलैंड में स्टीफ़न Zeiter की टीम को.
Materials
| Name of Material/ Equipment | Company | Catalog Number | Comments/Description |
| RatExFix simple 100% | RISystem AG Davos, Switzerland | RIS.612.120 | |
| RatExFix simple 70% | RISystem AG Davos, Switzerland | RIS.612.123 | |
| RatExFix simple 40% | RISystem AG Davos, Switzerland | RIS.612.121 | |
| RatExFix simple 10% | RISystem AG Davos, Switzerland | RIS.612.122 | |
| RatExFix Connection element 100% | RISystem AG Davos, Switzerland | RIS.612.130 | |
| RatExFix Connection element 70% | RISystem AG Davos, Switzerland | RIS.612.131 | |
| RatExFix Connection element 40% | RISystem AG Davos, Switzerland | RIS.612.132 | |
| RatExFix Connection element 10% | RISystem AG Davos, Switzerland | RIS.612.133 | |
| RatExFix Main body | RISystem AG Davos, Switzerland | RIS.611.101 | |
| RatExFix InterlockingScrew | RISystem AG Davos, Switzerland | RIS.412.110 | |
| RatExFix Mounting pin 0.85 mm | RISystem AG Davos, Switzerland | RIS.412.100 | |
| RatExFix Saw Guide 100% 5 mm | RISystem AG Davos, Switzerland | RIS.312.100 | |
| Accu Pen 6V+ | RISystem AG Davos, Switzerland | RIS.390.211 | |
| HandDrill | RISystem AG Davos, Switzerland | RIS.390.130 | |
| Drill Bit 0.79 mm | RISystem AG Davos, Switzerland | RIS.593.203 | |
| Gigly wire saw 0.22 mm | RISystem AG Davos, Switzerland | RIS.590.100 | |
| Square box wrench 0.70 mm | RISystem AG Davos, Switzerland | RIS.590.112 | |
| Square box wrench 0.50 mm | RISystem AG Davos, Switzerland | RIS.590.111 | |
| Centering bit 1.00 mm | RISystem AG Davos, Switzerland | RIS.592.205 | |
| Scalpel Blade handle | Fine Science tools | ||
| Scalpel Blade (Size 15) | Fisher Scientific | ||
| Tissue Forceps | Fine Science tools | ||
| Scissors | Fine Science tools | ||
| Retractor | Fine Science tools | ||
| Needle Holder | Fine Science tools | ||
| Henahan Elevator | Fine Science tools | ||
| S-shape curved dissecting and ligature forceps | Fine Science tools | 2 | |
| Dressing Forceps | Fine Science tools | 2 | |
| Sterile Fenestrated drape | Fisher Scientific | for surgery | |
| Sterile gauze | Fisher Scientific | for surgery | |
| 5 ml syringe | Fisher Scientific | for irrigation of defect | |
| 24-27G needle | Fisher Scientific | for irrigation of defect | |
| 1cc Insulin syringes | Fisher Scientific | for drug injections | |
| sterile saline | Fisher Scientific | for bone defect irrigation | |
| sterile gloves | Fisher Scientific | to perform surgeries | |
| chlorohezadine | Fisher Scientific | disinfecting solution for surgical site | |
| Vicryl suture 4-0 with SH-1 | Fisher Scientific | to suture muscle | |
| Ethibond suture 3-0 | Fisher Scientific | to suture skin | |
| Isofluorine | Sigma-Aldrich | for anesthesia | |
| Buprenorphine | Sigma-Aldrich | analgesia during and after the surgery | |
| Cefazolin | Sigma-Aldrich | antibiotic during and after the surgery | |
| Sprague-Dawley Rats or any other strain | Charles River Laboratories International, Inc. (Wilmington, MA USA) |
References
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