Rigidità regolabile, fissatore esterno per le Rat Femore osteotomia e segmentale Bone Difetto Models
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
L'ambiente meccanico intorno alla guarigione delle ossa rotte è molto importante in quanto determina il modo in cui la frattura guarirà. Negli ultimi dieci anni c'è stato un grande interesse clinico nel migliorare la guarigione ossea alterando l'ambiente meccanico attraverso la stabilità di fissazione intorno alla lesione. Un vincolo di ricerca sugli animali preclinica in questo settore è la mancanza di controllo sperimentale sull'ambiente meccanico locale all'interno di un grande difetto segmentale e osteotomie come guarire. In questo articolo riportiamo la progettazione e l'uso di un fissatore esterno per studiare la guarigione di grandi difetti ossei segmentale o osteotomie. Questo dispositivo permette non solo per rigidezza assiale controllato sulla lesione ossea come si guarisce, ma consente anche la variazione di rigidezza durante il processo di guarigione in vivo. Gli esperimenti condotti hanno dimostrato che i fissatori sono stati in grado di mantenere una distanza difetto femorale 5 millimetri nei ratti in vivo durante la gabbia senza restrizioniattività per almeno 8 settimane. Allo stesso modo, abbiamo osservato nessuna distorsione o infezioni, incluse le infezioni PIN durante l'intero periodo di guarigione. Questi risultati dimostrano che il nostro fissatore esterno di nuova concezione è stato in grado di stabilizzare riproducibile e standardizzata, e l'alterazione dell'ambiente meccanica di ratto in vivo di difetti ossei di grandi dimensioni e vari osteotomie dimensioni. Ciò conferma che il fissatore esterno è adatto per le indagini di ricerca preclinici usando un modello di ratto nel campo della rigenerazione e la riparazione ossea.
Introduction
Un certo numero di studi hanno migliorato la nostra comprensione dei meccanismi biologici coinvolti nella riparazione del tessuto osseo 1-6. Gli effetti di condizioni meccaniche sulla riparazione ossea, come assiale, taglio e movimenti interframmentarie (IFM) sono stati studiati approfonditamente 7-15. Negli ultimi anni, sempre più studi hanno cominciato ad emergere che descrive l'influenza dell'ambiente meccanica sulla guarigione ossea con fratture, osteotomia e grande difetto osseo segmentale in modelli in vivo. Pertanto, sono necessari metodi di fissazione affidabili per ottenere i risultati degli studi riproducibili e affidabili.
L'ambiente meccanico intorno alla guarigione della frattura è molto importante in quanto determina il modo in cui la frattura guarirà. Pertanto, la scelta del dispositivo di fissaggio è molto importante e devono essere accuratamente scelte a seconda del disegno dello studio, e di altri fattori quali la dimensione gap e il tipo di frattura. Proprietà meccaniche del dispositivo di fissaggio di unre ancora più importante quando si studia la guarigione ossea di grandi difetti ossei stabilire una fissazione che non solo fornisce una taglia gap costante per tutto il periodo dell'esperimento di pieno carico, ma anche un ambiente meccanico ideale per la guarigione ossea. Fissatori esterni sono comunemente utilizzati in frattura e difetto osseo di guarigione modelli sperimentali grandi perché hanno un vantaggio rispetto agli altri dispositivi di fissaggio. Il vantaggio principale di fissatori esterni sono che consentono la variazione dell'ambiente meccanica al sito del difetto in vivo senza un intervento secondario, che può essere ottenuto modificando o regolando la barra stabilità del dispositivo durante il corso dell'esperimento come guarigione ossea progredisce. Inoltre, esso consente l'applicazione di stimolazione meccanica locale specifica per migliorare la riparazione di ossa, e fornisce anche la possibilità di misurare la rigidità del tessuto callo in vivo. Tuttavia, i dispositivi hanno anche alcuni svantaggiche comprendono: irritazione dei tessuti molli, infezioni e pin rottura.
Purtroppo, tali impianti non erano disponibili "off the shelf" al momento dello sviluppo dell'impianto, e gli investigatori sono stati costretti a personalizzato progettare i propri fissatori per un determinato uso. Pertanto, un vincolo di ricerca in questo settore è stata la mancanza di controllo sperimentale sull'ambiente meccanico locale all'interno di un grande difetto segmentale e osteotomie come si guarisce. Le caratteristiche meccaniche di un fissatore esterno sono definite da, e possono essere modulate, un gran numero di variabili che include: la distanza tra i perni, diametro del perno, materiale perno, il numero di pin, fissatore lunghezza della barra, numero misura fissatore, materiale fissatore bar, spessore barra fissatore e la distanza dalla superficie dell'osso alla barra fissatore (offset). Sorprendentemente, solo una scarsità di studi potrebbe essere trovato che hanno indagato i contributi meccaniche dei singoli componentidi fissatori o configurazioni interi fotogrammi utilizzati in studi su roditori 16,18,28. Per esempio, i risultati di uno studio hanno mostrato che uno dei principali fattori che contribuiscono a determinare la rigidezza complessiva del costrutto fissaggio è stato dominato dalla flessibilità dei perni in relazione alle loro offset, diametro e proprietà dei materiali 28. I risultati degli studi sopra menzionati indicano chiaramente che conoscere l'ambiente meccanica fornita dal dispositivo di fissaggio è estremamente importante, ma, in molti casi non è indagato in dettaglio. Il presente articolo riporta la progettazione, le specifiche, e in vivo l'impianto di un fissatore esterno che risolve questo problema. Questo fissatore consente anche la modulazione dell'ambiente meccanica come la guarigione progredisce, una proprietà che consente lo studio della meccano-sensibilità delle diverse fasi del processo di guarigione in vivo. Inoltre, così come impone un meccanico locale controllato e riproducibileAl ambiente, la sua accessibilità permette anche la modulazione di questo ambiente a diversi stadi di guarigione ossea.
Il fissatore abbiamo progettato era basata su fissazione esterna, che è ampiamente usato per la frattura fissazione 16-21 e modelli di grandi dimensioni difetto negli animali da esperimento 22-27. La differenza tra il fissatore esterno e gli altri disegni esistenti riportati in letteratura è che la loro barra stabilità è fissato con viti di avere una presa stretta con fili di Kirschner (K-fili). Questo tipo di progetto richiede viti per essere controllati ogni due settimane (a volte anche settimanale) per fare in modo che la distanza di offset viene mantenuto come il carico viene applicato attraverso cuscinetto di peso per evitare l'allentamento della barra di stabilità. Se si verifica tale allentamento, permette una indesiderate condizioni di carico aggiuntive come angolare, trasversale e movimenti torsionali taglio alla guarigione ossea (sulla base di esperienze personali, la comunicazione con researchers). Sapendo questo, un fissatore esterno è stato progettato come tale che, quando la rigidità del fissatore deve essere cambiato, sarebbe essere raggiunto rimuovendo elementi di collegamento allegati al modulo principale in cui sono inserite i perni di montaggio. L'esperimento pilota in vivo è stata effettuata con il nuovo prototipo fissatore esterno per assicurarsi che soddisfi tutte le esigenze proposte prima di essere prodotto in grandi quantità.
L'obiettivo principale di questo lavoro è quello di presentare un nuovo metodo chirurgico per un fissatore esterno utilizzato per i grandi difetti ossei e osteotomie nel ratto con la possibilità di cambiare la rigidità in vivo durante il processo di guarigione. Questo metodo di fissaggio viene applicato in vivo sul femori di topi.
Protocol
Representative Results
Discussion
Le fasi più critiche di una procedura chirurgica per creare un grande difetto osseo sono: 1) la scelta del corretto peso corporeo del topo in base al formato del fissatore esterno; 2) il mantenimento di un ambiente sterile durante il procedimento; e 3) seguendo il protocollo procedura chirurgica.
I principali obiettivi di questo studio erano di progettare, produrre e caratterizzare un nuovo, rigidezza variabile fissatore esterno per il ratto femorale modello grande difetto, e di utilizzare …
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Questo lavoro è stato sostenuto dalla Fondazione AO (S-08-42G) e RISystem AG.
Vorremmo estendere un grande "grazie!" alla squadra di Stephan Zeiter presso l'Istituto di Ricerca AO di Davos, in Svizzera per essere così accomodante che ci permette di usare i loro o strutture per le riprese di questa procedura chirurgica.
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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