調整可能な剛性、ラット大腿骨骨切り術や分節骨欠損モデルの創外固定器
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
それは骨折が治癒するような方法を決定するように骨折の治癒の周りの機械的な環境は非常に重要です。過去10年間で、病変の周囲の固定安定性を通して機械的環境を変化させることによって、骨の治癒を向上させる上で大きな臨床上の関心が集まっている。この分野での前臨床動物研究の一つの制約は、実験的な大分節欠損内の局所的な機械的環境の制御だけでなく、彼らが治癒するように骨切り術の欠如である。本論文では、大規模な分節骨欠損や骨切り術の治癒を研究するために創外固定器の設計および使用について報告する。それが治癒するように、このデバイスは、骨病変を制御軸方向の剛性を可能にするだけでなく、 生体内での治癒過程の間に剛性の変化を可能にする。行われた実験は、固定具が5mm大腿骨欠陥ギャップを維持することができたことを示している無制限のケージ中のin vivoでのラットで少なくとも8週間のアクティビティ。同様に、私たちは全体の治癒期間中のピンの感染症を含む歪みや感染症を、観察されず。これらの結果は、新開発の創外固定器は、再現性があり、標準化され安定化を達成することができたことを実証し、in vivoでのラットの大きな骨欠損や各種サイズの骨切り術の機械的環境の変化。これは、外部固定装置は、骨再生および修復の分野におけるラットモデルを用いた前臨床の研究調査に適していることを確認する。
Introduction
多くの研究は、骨組織の修復1-6に関与する生物学的メカニズムの理解が改善されている。そのような、軸方向、せん断および片間運動（IFMに）などの骨修復に対する機械的条件の影響が広範囲に7-15研究されている。過去数年間で、より多くの研究は、骨折、骨切り術およびin vivoモデルでの大きな分節骨欠損を使用して、骨の治癒に対する機械的な環境の影響を記述する登場し始めた。したがって、確実な固定方法は、再現性と信頼性試験の結果を得るために必要とされる。
それは骨折が治癒するような方法を決定するように治癒骨折の周りの機械的な環境は非常に重要です。このように、固定装置の選択は非常に重要であり、慎重に研究デザイン、およびそのようなギャップサイズ及び骨折のタイプなど他の要因に応じて選択されるべきである。固定装置の機械的特性再さらに重要全重量軸受の実験期間を通じて一定のギャップの大きさだけでなく、骨治癒のための理想的な機械的な環境ではないだけを提供して固定を確立するために、大きな骨欠損の骨の治癒を研究する。それらは、他の固定装置を上回る利点を持っているので、外部固定器は、一般的に骨折と大きな骨欠損治癒の実験モデルにおいて使用されている。外部固定器の主な利点は、それらが実験の過程の間にデバイスの安定性バーを変更または調整することによって達成することができる二次介入なしに、インビボでの欠損部位での機械的環境の変化を可能にすることである骨の治癒が進行する。また、骨の修復を高めるために、特定の局所的な機械的刺激の適用を可能にし、またin vivoでのカルス組織の剛性を測定する可能性を提供する。それにもかかわらず、デバイスはまた、いくつかの欠点を有しているそれは、次のとおり、軟組織の炎症、感染症およびピン破損を。
残念ながら、このようなインプラントは、インプラントの開発時には「既製品」は利用できなかった、と研究者らは、目的とする用途のために独自の固定器を設計するカスタムせざるを得なかった。したがって、この分野の研究の一つの制約は、それが治癒するように局所的な機械的に大きな分節欠損内の環境だけでなく、骨切り術にわたる実験対照の欠如だった。ピン間の距離は、ピン径、ピン材、ピン数、固定具のバーの長さ、固定具棒番号：創外固定器の機械的特性は次式で定義され、含まれる多数の変数によって調節することができる固定具棒材、固定具棒の厚さおよび固定具棒（オフセット）に対する骨表面からの距離。驚くべきことに、研究の唯一の不足は、個別のコンポーネントの機械的な寄与を検討したことが見出され得る固定器またはげっ歯類の研究16,18,28で使用されるフレーム全体構成の。例えば、ある研究の結果は、固定構築物の全体剛性を決定する際の主な要因の一つは、それらのオフセット、直径および材料特性28に関連して、ピンの自由度によって支配されることを示した。上記の研究からの結果は、固定装置によって提供される機械的な環境を知ることは極めて重要であり、さらに、多くの場合、詳細に研究されていないことを示唆している。本論文は、この問題に対処する外部固定具の設計、仕様、およびin vivoでの移植を報告します。この固定器はまた、治癒が進行するにつれて機械環境、 生体内での治癒過程の異なる段階のメカノ感度の研究を可能にするプロパティの調節を可能にする。また、同様に印象的な制御され、再現性のある地元の整備士ら環境は、そのアクセス可能性はまた、骨治癒の異なる段階でのこの環境の調節を可能にする。
私たちは設計された固定器は広く骨折固定16-21と実験動物における大きな欠陥モデル22-27のために使用される外部固定、に基づいていた。私たちの創外固定器であり、文献に報告されている他の既存の設計の違いは、それらの安定バーがキルシュナーワイヤ（Kワイヤ）との緊密なグリップを持つようにネジで固定されていることである。このタイプの設計は、ロードが安定性バーの緩みを防止するために、体重負荷を介して印加されるように、オフセットの距離が維持されていることを確認するために（時には毎週）隔週締めされるねじを必要とします。そのような緩みが発生した場合、そのような角度、横方向および個人的な経験に基づいて、骨治癒（、researcheとの通信にねじりせん断運動のような不必要な追加の荷重条件を可能にするこれを知るRS）は、創外固定器は、固定具の剛性を変更する必要があるとき、それは取り付けピンが埋め込 まれているメインモジュールに取り付けられた接続要素を除去することによって達成されることなどの設計された。 in vivoでのパイロット実験は、それが大量に製造される前に提案されたすべての要求を満たしていることを確認するために、新しい外部固定のプロトタイプを用いて行った。
この紙の主な目的は、治癒プロセスの間に、インビボでの剛性を変更する能力をラットにおいて大きな骨欠損や骨切り術のために使用される外部固定器のための新しい手術方法を提示することである。この固定方法は、ラットの大腿骨にインビボで適用される。
Protocol
Representative Results
Discussion
大型骨欠損を作成するための外科処置の最も重要なステップは次のとおりです。1）外部固定器のサイズに合わせてラットの適切な体重を選択すること; 2）手術中に無菌環境を維持すること; 3）外科的処置のプロトコルを、以下の。
本研究の主な目的は、設計、製造、ラット大腿大きな欠陥モデルのための新しい、可変剛性創外固定器を特徴付け、そして治癒過程の生物?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
この作品は、AOの基礎（S-08-42G）とRISystem AGによってサポートされていました。
私たちは、非常に大きなを拡張したい "ありがとう！"私たちは、この外科処置の撮影のために彼らのOR施設を利用できるようにするにはそのように収容されるためのAO研究所スイスのダボスでのステファンZeiterのチームに。
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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