Un modelo de lesión en placa de crecimiento tibial de rata para caracterizar mecanismos de reparación y evaluar estrategias de regeneración de placas de crecimiento
Summary
La placa de crecimiento es una región cartilaginosa en los huesos largos de los niños donde se produce un crecimiento longitudinal. Cuando se lesiona, el tejido óseo puede formar y afectar el crecimiento. Describimos un modelo de rata de lesión en la placa de crecimiento que conduce al tejido óseo de reparación, permitiendo el estudio de mecanismos de reparación y estrategias de regeneración de placas de crecimiento.
Abstract
Un tercio de todas las fracturas pediátricas implican la placa de crecimiento y pueden resultar en un deterioro del crecimiento óseo. La placa de crecimiento (o physis) es el tejido del cartílago que se encuentra al final de todos los huesos largos en los niños que es responsable del crecimiento óseo longitudinal. Una vez dañado, el tejido del cartílago dentro de la placa de crecimiento puede someterse a una osificación prematura y conducir a un tejido óseo no deseado de reparación, que forma una "barra ósea". En algunos casos, esta barra ósea puede dar lugar a deformidades del crecimiento óseo, tales como deformidades angulares, o puede detener completamente el crecimiento óseo longitudinal. Actualmente no hay tratamiento clínico que pueda reparar completamente una placa de crecimiento lesionada. El uso de un modelo animal de lesión en la placa de crecimiento para comprender mejor los mecanismos subyacentes a la formación de la barra ósea e identificar maneras de inhibirla es una gran oportunidad para desarrollar mejores tratamientos para lesiones en la placa de crecimiento. Este protocolo describe cómo interrumpir la placa de crecimiento tibial proximal de la rata usando un defecto de perforación. Esta smaEl modelo animal produce confiablemente una barra ósea y puede dar lugar a deformidades de crecimiento similares a las observadas en los niños. Este modelo permite investigar los mecanismos moleculares de la formación de barras óseas y sirve como un medio para probar posibles opciones de tratamiento para lesiones en la placa de crecimiento.
Introduction
Las lesiones en la placa de crecimiento representan el 30% de todas las fracturas pediátricas y pueden resultar en un deterioro del crecimiento óseo 1 . Además de las fracturas, las lesiones en la placa de crecimiento pueden ser causadas por otras etiologías, incluyendo osteomielitis 2 , tumores óseos primarios 3 , radiación y quimioterapia 4 , y daño iatrogénico 5 . La placa de crecimiento (o physis) es una región del cartílago al final de los huesos largos de los niños que es responsable del crecimiento longitudinal del hueso. Impulsa el alargamiento óseo a través de la osificación endocondral; Los condrocitos sufren proliferación e hipertrofia y luego son remodelados por osteoblastos entrantes para formar hueso trabecular 6 . La placa de crecimiento es también una zona débil del esqueleto en desarrollo, por lo que es propenso a las lesiones. La principal preocupación con las fracturas o lesiones de placas de crecimiento es que el tejido cartilaginoso dañado dentro de la placa de crecimiento puedeE reemplazado con tejido de reparación ósea no deseado, también conocido como "barra ósea". Dependiendo de su tamaño y ubicación dentro de la placa de crecimiento, la barra ósea puede conducir a deformidades angulares o detención completa del crecimiento, una secuela devastadora para los niños pequeños que aún no han alcanzado su altura completa 7 .
Actualmente no hay tratamiento que pueda reparar completamente una placa de crecimiento dañada. Una vez que se forma la barra ósea, el clínico debe decidir si debe o no quitarla quirúrgicamente 8 . Los pacientes con al menos 2 años o 2 cm de crecimiento esquelético restante y con una barra ósea que abarca menos del 50% del área de la placa de crecimiento suelen ser candidatos para la resección de la barra ósea 8 . La extirpación quirúrgica de la barra ósea a menudo es seguida por la interposición de un injerto de grasa autóloga para prevenir la reforma del tejido óseo y para permitir que la placa de crecimiento no dañada circundante restablezca el crecimiento. Sin embargo, estasEmatic ya menudo fracasan, lo que lleva a la recurrencia de la barra ósea y el efecto negativo continuo sobre el crecimiento 9 . Existe una necesidad crítica de desarrollar tratamientos eficaces que no sólo eviten la formación de barras óseas, sino que también regeneren el cartílago de la placa de crecimiento, restaurando así la elongación ósea normal.
Los mecanismos moleculares subyacentes a la formación de barras óseas aún no se han dilucidado completamente. Una mayor comprensión de estos mecanismos biológicos podría conducir a intervenciones terapéuticas más eficaces para los niños que sufren lesiones en la placa de crecimiento. Dado que el estudio de estos mecanismos en los seres humanos es difícil, se han utilizado modelos animales, especialmente el modelo de rata de lesión en la placa de crecimiento 10 , 11 , 12 , 13 , 14 , 15 , 16 . El método presentado en esteDescribe cómo un defecto de perforación en la placa de crecimiento tibial de la rata conduce a tejido de reparación predecible y reproducible que comienza la osificación tan temprano como 7 días después de la lesión y forma una barra ósea completamente madura con remodelación a los 28 días después de la lesión 10 . Esto proporciona un modelo animal in vivo en el cual estudiar los mecanismos biológicos de la formación de barras óseas, así como evaluar nuevas terapias que podrían prevenir la barra ósea y / o regenerar el cartílago de la placa de crecimiento. Por ejemplo, este modelo puede usarse para probar biomateriales condrogénicos que pueden regenerar el cartílago de la placa de crecimiento y ofrecer un tratamiento valioso para los niños que sufren lesiones en la placa de crecimiento. Las técnicas presentadas en este artículo describirán los métodos quirúrgicos utilizados para producir la lesión de la placa de crecimiento y la posterior entrega de biomateriales al sitio de la lesión. También discutiremos métodos para evaluar la formación de barras óseas y reparar el tejido.
Protocol
Representative Results
Discussion
Un modelo de animal de lesión de placa de crecimiento se suma mucho a nuestra comprensión de los mecanismos biológicos de esta lesión, lo que potencialmente conduce a intervenciones terapéuticas más eficaces para los niños que sufren de lesiones en la placa de crecimiento. Para crear con éxito una barra ósea y estudiar su formación in vivo utilizando el modelo presentado en este trabajo, es crítico interrumpir la placa de crecimiento mediante la perforación a una profundidad suficiente, sin interrum…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Los autores reconocen el apoyo financiero del Instituto Nacional de Artritis y Enfermedades Musculoesqueléticas y de la Piel de los Institutos Nacionales de Salud (NIH) bajo el número de premio R03AR068087, el Fondo de Enriquecimiento Académico de la Escuela de Medicina de la Universidad de Colorado y el Centro Gates de Medicina Regenerativa . Este trabajo también fue apoyado por NIH / NCATS Colorado CTSA Grant número UL1 TR001082. Los contenidos son de exclusiva responsabilidad de los autores y no representan necesariamente las opiniones oficiales de NIH.
Materials
| Scalpel handle | McKesson | MCK42332500 | |
| Needle holder | Stoelting | RS-7824 | |
| Adson tissue forceps | Sklar | 50-3048 | |
| Iris Scissors | Sklar | 47-1246 | |
| Rotary Tool | Dremel | 7700 | Variable speed rotary tool |
| Keyless Rotary Tool Chuck | Dremel | 4486 | |
| Dental Burs | Dental Burs USA | FG6 | Round carbide bur, ≤2mm |
| Steinmann pins | Simpex Medical | T-078 | |
| Hair clippers | Wahl | 5537N | |
| 3-0 PGA surutes | Oasis | MV-J398-V | |
| Sterile gauze 2×2" | Covidien | 441211 | |
| Povidone Iodine | McKesson | 922-00801 | |
| Sterile saline | Vetone | 510224 | |
| 10 ml luer lock syringe | Becton Dickinson | 309604 | |
| 23 gauge needle | Becton Dickinson | 305145 | |
| Isopropyl alcohol pads | Dynarex | 1113 | |
| Isoflurane | IsoFlo | 30125-2 | |
| Caliper | Mitutoyo | 500-196-30 | |
| Carprofen | Rimadyl | 27180 | |
| Buprenorphine | Par Pharmaceuticals Inc | NDC 42023-179 | |
| Fenestrated Surgical Drape | McKesson | 25-517 | |
| Surgical Gloves | Uline | S-20204 | |
| #15 Scalpel Blade | Aven | 44044 | |
| 9mm wound clips | Fine Science Tools | 12032-09 | |
| Reflex clip applier | World Precision Instruments | 500345 | |
| Absorbant underpads | McKesson | MON 43723110 | |
| Tec 3 Iso Vaporizer | VetEquip | 911103 | |
| Germinator 500 | Braintree Scientific | GER 5287-120V | |
| Warm water recirculator | Kent Scientific | TP-700 | |
| Absorbent Underpads | Medline Industries | MSC281230 |
References
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