En Märg Låsning Nail för standardiserad Fixering av lårbenet osteotomier Analysera Normal och Defekt benläkning hos möss
Summary
This protocol describes an osteosynthesis technique using an intramedullary locking nail for standardized fixation of femur osteotomies, which can be used to analyze normal and defective bone healing in mice.
Abstract
Benläkning modeller är avgörande för utvecklingen av nya terapeutiska strategier för behandling kliniska frakturer. Dessutom är musmodeller blir mer vanligt förekommande i trauma forskning. De erbjuder ett stort antal mutantstammar och antikroppar för analys av de molekylära mekanismerna bakom den starkt differentierad processen för benläkning. För att kontrollera biomekaniska miljö, standardiserade och väl karakteriserade osteosyntes tekniker är obligatoriska i möss. Här rapporterar vi om utformning och användning av en märgspik för att stabilisera öppna lårben osteotomier i möss. Spiken, tillverkad av medicinsk kvalitet rostfritt stål, ger hög axiell och rotationsstyvhet. Implantatet vidare möjliggör skapandet av definierade, konstant osteotomi spaltstorlekar från 0,00 mm till 2,00 mm. Märg låsning spik stabilisering av lårben osteotomier med gap storlekar av 0,00 mm och 0,25 mm ger tillräcklig benläkning genom endokondral och intramembranös ossificatJon. Stabilisering av lårbens osteotomier med ett gap storlek 2,00 mm resulterar i atrofisk icke-union. Således kan den intramedullära låsande spiken användas i läkande och icke-läkande modeller. En ytterligare fördel med användningen av spiken i förhållande till andra öppen benläkning modeller är möjligheten att på ett adekvat fixa bensubstitut och ställningar för att studera processen för bendefekter integration. En nackdel med användningen av den intramedullära spiken är desto mer invasivt kirurgiskt ingrepp, inneboende i alla öppna förfaranden jämfört med slutna modeller. En ytterligare nackdel kan vara framkallande av någon skada på märghålan, inneboende i alla intramedullära stabiliseringsteknik jämfört med extramedullär stabiliseringsförfaranden.
Introduction
Biologin hos benläkning kan studeras in vitro med hjälp av cell- och sfäroida kulturer, men det kräver också in vivo tillvägagångssätt använder djurförsök. Medan stora djurförsök spelar fortfarande en viktig roll i preklinisk testning, har tidigt skede testning av produkter eller hypoteser förändrats under de senaste 10 åren och är numera ofta i små djurmodeller 1. Denna switch utfördes av flera skäl. Produktion och underhåll av möss och råttor billigare jämfört med grisar och får. Dessutom, smådjur har kortare reproduktionstider och kortare normala läkningstider, vilka båda underlätta genomförandet av stora serier av kroniska experiment. Slutligen, tillgängligheten av genmodifierade möss och specifika antikroppar medger för analys av molekylära mekanismer i benläkning. Men medan den tidigare använda osteosyntes tekniker i de större djurmodeller kan översättas med minimal variat jon från liknande förfaranden som används inom human- eller veterinär klinisk patientvård, utveckling och tillämpning av osteosyntes tekniker i de små stora råttor och möss visade sig vara en utmaning.
Det är väl känt att den biomekaniska miljön påverkar avsevärt benläkningsprocessen 2. Såsom är känt från frakturläkning i människa, skillnader i fraktur stabilisering resulterar i olika former av healing, inklusive intramembranös benbildning efter styv fixering och endokondral benbildning efter mindre stel fixering med mikrorörelser. Fullständig axiell eller roterande instabilitet kan fördröja läkningsprocessen eller kan resultera i icke-förbund 3. Följaktligen anser vi att det är nödvändigt att utveckla avancerade implantatsystem och osteosyntes tekniker hos möss och råttor. På detta sätt kan de biomekaniska förhållanden standardiseras på lämpligt sätt, vilket garanterar giltiga resultat vid analys läkningsprocessen.
e_content "> Även om ett stort antal mycket sofistikerade murina stabiliseringstekniker har förts in under de senaste åren, är den vanligast använda tekniken fortfarande den enkla intramedullära stiftet. Den största nackdelen med denna teknik är emellertid avsaknaden av roterande och axiell stabilitet 4. för att förbättra roterande och axiell stabilitet, var en intramedullär skruv införas för att stabilisera lårbensfrakturer hos möss 5. emellertid kan skruven fixering inte användas för att analysera med ben defekt läkning på grund av behovet för kontakt och kompression mellan benfragmenten i för att upprätthålla rotationsstabilitet.Märg låsa spiken ger högre axiella och rotationsstabilitet jämfört med enkel pin och märgskruv 4. En mycket reproducerbar lårben osteotomi, möjligt på grund av vägledning för Gigli såg och förmågan att skapa definierade spaltstorlekar, möjliggör analys av både normala bone healing och ben defekt läkning 6. På grund av införandet av i varandra ingripande stift, den intramedullära låsande spiken garanterar en konstant spaltstorlek under hela läkningsprocessen, även när lager full vikt. Här rapporterar vi om utformningen och tillämpningen av märg låsande spiken, liksom på dess fördelar och nackdelar i experimentella studier på normala och fördröjd läkning.
Protocol
Representative Results
Discussion
De mest kritiska stegen i den kirurgiska tekniken är den korrekta positioneringen av spiken, inställningsmekanismen, och stiften. Spiken måste införas fullständigt till den markerade stycket vid den distala änden av spiken, eftersom ett utsprång av spiken i knäleden vid nivån för kondylerna kan begränsa rörelsen av knäet (figur 3 A). Därför är storleken på lårbenet och därmed kroppsvikt hos djuren, måste beaktas. Kirurgen bör också ägna särskild uppmärksamhet åt den slutliga po…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Detta arbete stöddes av RISystem AG, Davos, Schweiz.
Materials
| MouseNail | RISystem AG | 221,122 |
| MouseNail aiming device | RISystem AG | 221,201 |
| MouseNail interlocking pin | RISystem AG | 221,121 |
| Centering bit | RISystem AG | 592,205 |
| Drill bit | RISystem AG | 590,200 |
| Gigli wire saw | RISystem AG | 590,100 |
| Suture (5-0 Prolene) | Ethicon | 8614H |
| Forceps | Braun Aesculap AG &CoKG | BD520R |
| Dressing forceps | Braun Aesculap AG &CoKG | BJ009R |
| Scissors | Braun Aesculap AG &CoKG | BC100R |
| Needle holder | Braun Aesculap AG &CoKG | BM024R |
| 24G needle | BD Mircolance 3 | 304100 |
| 27G needle | Braun Melsungen AG | 9186182 |
| Scalpel blade size 15 | Braun Aesculap AG &CoKG | 16600525 |
| Pincers | Knipex | 7932125 |
| Heat radiator | Sanitas | 605.25 |
| Depilatory cream | Asid bonz GmbH | NDXZ10 |
| Eye lubricant | Bayer Vital GmbH | 2182442 |
| Xylazine | Bayer Vital GmbH | 1320422 |
| Ketamine | Serumwerke Bernburg | 7005294 |
| Tramadol | Grünenthal GmbH | 2256241 |
| Disinfection solution (SoftaseptN) | Braun Melsungen AG | 8505018 |
| CD-1 mice | Charles River | 22 |
References
- Histing, T., et al. Small animal bone healing models: standards, tips, and pitfalls results of a consensus meeting. Bone. 49 (4), 591-599 (2011).
- Claes, L., Augat, P., Suger, G., Wilke, H. J. Influence of size and stability of the osteotomy gap on the success of fracture healing. J Orthop Res. 15 (4), 577-584 (1997).
- Histing, T., et al. Characterization of the healing process in non-stabilized and stabilized femur fractures in mice. Arch Orthop Trauma Surg. 136 (2), 203-211 (2016).
- Histing, T., et al. Ex vivo analysis of rotational stiffness of different osteosynthesis techniques in mouse femur fracture. J Orthop Res. 27 (9), 1152-1156 (2009).
- Holstein, J. H., et al. Development of a stable closed femoral fracture model in mice. J Surg Res. 153 (1), 71-75 (2009).
- Garcia, P., et al. The LockingMouseNail-a new implant for standardized stable osteosynthesis in mice. J Surg Res. 169 (2), 220-226 (2011).
- Cheung, K. M., Kaluarachi, K., Andrew, G., Lu, W., Chan, D., Cheah, K. S. An externally fixed femoral fracture model for mice. J Orthop Res. 21 (4), 685-690 (2003).
- Garcia, P., et al. A new technique for internal fixation of femoral fractures in mice: impact of stability on fracture healing. J Biomech. 41 (8), 1689-1696 (2008).
- Histing, T., et al. An internal locking plate to study intramembranous bone healing in a mouse femur fracture model. J Orthop Res. 28 (3), 397-402 (2010).
- Thompson, Z., Miclau, T., Hu, D., Helms, J. A. A model for intramembranous ossification during fracture healing. J Orthop Res. 20 (5), 1091-1098 (2002).
- Hiltunen, A., Vuorio, E., Aro, H. T. A standardized experimental fracture in the mouse tibia. J Orthop Res. 11 (2), 305-312 (1993).
- Manigrasso, M. B., O’Connor, J. P. Characterization of a closed femur fracture model in mice. J Orthop Trauma. 18 (10), 687-695 (2004).
- Lovati, A. B., et al. Diabetic mouse model of orthopaedic implant-related Staphylococcus aureus infection. PLoS One. 8 (6), e67628 (2013).
- Slade Shantz, J. A., Yu, Y. Y., Andres, W., Miclau, T., Marcucio, R. Modulation of macrophage activity during fracture repair has differential effects in young adult and elderly mice. J Orthop Trauma. 28, 10-14 (2014).
- Claes, L. E., et al. Effects of mechanical factors on the fracture healing process. Clin Orthop Relat Res. 355 (Suppl), 132-147 (1998).
- 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. J Biomech. 18 (13), 2089-2096 (2009).
- Glatt, V., Matthys, R. Adjustable stiffness, external fixator for the rat femur osteotomy and segmental bone defect models. J Vis Exp. (9), e51558 (2014).
- Manassero, M., et al. A novel murine femoral segmental critical-sized defect model stabilized by plate osteosynthesis for bone tissue engineering purposes. Tissue Eng Part C Methods. 19 (4), 271-280 (2013).
