في فيفو تقييم التنمية دشبذ الكسر أثناء التئام العظام في الفئران باستخدام جهاز الصدمة المتوافقة مع التصوير بالرنين المغناطيسي لعظم الفخذ الماوس
Summary
تقييم التنمية الأنسجة في دشبذ الكسر أثناء التئام العظام endochondral ضروري لرصد عملية الشفاء. وهنا، نحن تقرير استخدام الرنين المغناطيسي التصوير (التصوير بالرنين المغناطيسي)-التبعي الخارجية متوافقة لعظم الفخذ الماوس للسماح للتصوير بالرنين المغناطيسي بالأشعة أثناء تجديد العظام في الفئران.
Abstract
اندوتشوندرال شفاء الكسر عملية معقدة تنطوي على تطوير أنسجة ليفية وعنقيه العظمى في دشبذ الكسر. كمية الأنسجة المختلفة في دشبذ يوفر معلومات هامة في كسر الشفاء التقدم. وتشمل التقنيات المتوفرة في فيفو طوليا رصد التنمية دشبذ في الأنسجة في الدراسات الإكلينيكية شفاء الكسر باستخدام الحيوانات الصغيرة التصوير الشعاعي الرقمي والتصوير µCT. ومع ذلك، كلا التقنيات فقط قادرة على التمييز بين الأنسجة التعدينية والمعادن. ونتيجة لذلك، من المستحيل أن تميز الغضروف من أنسجة ليفية. وفي المقابل، التصوير بالرنين المغناطيسي (التصوير بالرنين المغناطيسي) يتصور الهياكل التشريحية استناداً إلى المحتوى الخاص بهم المياه ولذلك قد تكون قادرة على تحديد نونينفاسيفيلي الأنسجة اللينة والغضاريف في دشبذ الكسر. هنا، نحن تقرير استخدام التبعي الخارجية المتوافقة مع التصوير بالرنين المغناطيسي لعظم الفخذ الماوس للسماح بفحص التصوير بالرنين المغناطيسي أثناء تجديد العظام في الفئران. أثبتت التجارب أن التبعي وجهاز تركيب مصنوعة خصيصا تسمح الرنين المتكرر، مما مكن التحليل الطولي للتنمية دشبذ كسر الأنسجة.
Introduction
شفاء الكسر الثانوي هو الشكل الأكثر شيوعاً لشفاء العظام. أنها عملية معقدة محاكاة جوانب محددة من endochondral التحور التحجر1،،من23. ورم دموي كسر أوائل غالباً يتكون من الخلايا المناعية، وتحبيب وأنسجة ليفية. التوتر المنخفض الأكسجين وسلالات عالية النشاط الحيوي تعوق osteoblast التمايز في كسر الفجوة، ولكن تعزيز التفريق بين الخلايا السلف في تشوندروسيتيس4،،من56. تبدأ هذه الخلايا تنتشر في موقع الإصابة شكل مصفوفة عنقية توفير الاستقرار الأولية لكسور العظام. أثناء نضج دشبذ، chondrocytes الضخامي، يصبح الخضوع للمبرمج، أو عبر-التفريق في خلايا الاوستيوبلاستس. نيوفاسكولاريزيشن في منطقة انتقالية الغضاريف للعظام يوفر مستويات مرتفعة من الأكسجين، السماح بتكوين نسيج عظمى7. بعد عظمى سد الفجوة الكسر، هو زيادة استقرار النشاط الحيوي ويعيد البناء أوستيوكلاستيك من دشبذ كسر خارجي يحدث للحصول على العظام الفسيولوجية الكنتورية وهيكل3. ولذلك، توفر كميات الأنسجة الليفية وعنقيه عظمى في دشبذ الكسر معلومات هامة حول عملية شفاء العظام. اضطراب أو تأخر الشفاء تصبح مرئية بالتعديلات دشبذ الأنسجة التنمية سواء في البشر والفئران8،9،،من1011. وتشمل التقنيات المتوفرة في فيفو طوليا رصد التنمية دشبذ الأنسجة في الكسر السريري شفاء دراسات استخدام الحيوانات الصغيرة التصوير الشعاعي الرقمي والتصوير،من1213µCT. ومع ذلك، كلا التقنيات فقط قادرة على التمييز بين الأنسجة التعدينية والمعادن. في المقابل، التصوير بالرنين المغناطيسي يوفر تباين الأنسجة اللينة ممتازة ولذلك قد تكون قادرة على تحديد الأنسجة اللينة والغضاريف في دشبذ الكسر.
الأعمال السابقة أظهرت نتائج واعدة التشريح التصوير بالرنين المغناطيسي في الفئران مع كسور مفصلي14 و في فيفو التصوير بالرنين المغناطيسي في الفئران خلال intramembranous العظام-عيب الشفاء15. ومع ذلك، ذكر كلتا الدراستين أيضا محدودة المكانية القرار والأنسجة على النقيض. سبق أثبتنا جدوى عالية الدقة في فيفو التصوير بالرنين المغناطيسي لتقييم طولية لتشكيل دشبذ لينة خلال كسر endochondral مورين شفاء16. هنا، نحن تقرير البروتوكول المتعلق باستخدام التبعي خارجية متوافقة مع التصوير بالرنين المغناطيسي لعظم الفخذ العظم في الفئران بغية رصد التنمية دشبذ النسيج طوليا خلال كسر endochondral عملية الشفاء. تصميم جهاز تركيب مصنوعة خصيصا للإدراج التبعي الخارجية ضمان موقف موحد أثناء المسح المتكررة.
Protocol
Representative Results
Discussion
التعديلات واستكشاف الأخطاء وإصلاحها:
وكان الهدف الرئيسي لهذه الدراسة لوصف بروتوكول لاستخدام للتبعي الخارجية المتوافقة مع التصوير بالرنين المغناطيسي للعظم عظم الفخذ في الماوس مع القدرة على رصد التنمية دشبذ النسيج طوليا خلال عملية التئام الكسر endochondral. تصميم جهاز …
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
ونحن نشكر أسيج سيفيل، ستيفاني شروث، فيرينا فيشر، كاتيا بريستاز، إيفون Hägele، وسوبجانج أن للدعم الفني الممتاز. كما نشكر مؤسسة البحوث الألمانية (CRC1149، INST40/499-1) وألمانيا AO الصدمة مؤسسة لتمويل هذه الدراسة.
Materials
| Anaesthesia tube | FMI, Seeheim, Germany | ZUA-82-ANA-TUB-Mouse | |
| Anaesthetic machine | FMI, Seeheim, Germany | ZUA-82-GME-MA | |
| Artery forceps | Aesculap, Tuttlingen, Germany | BH104R | |
| Autoclave | Systec, Wettenberg, Germany | DX-150 | |
| Autoclaving packaging | Stericlin, Feuchtwangen, Germany | 2301-04/06/10/12/16 | |
| Avizo software | FEI, Burlington, USA | – | Version 8.0.1 |
| BioSpec 117/16 magnetic resonance imaging system | Bruker Biospin, Ettlingen, Germany | 117/16 | |
| Bulldog clamp | Aesculap, Tuttlingen, Germany | BH 021R | |
| Carbon steel scalpel no. 11/15 | Aesculap, Tuttlingen, Germany | BA211/215 | |
| Ceramic mounting pin 0.45 mm | RISystem, Davos, Switzerland | HS691490 | |
| Clindamycin (300 mg / 2ml) | Ratiopharm, Ulm, Germany | – | |
| Dressing forceps 115 mm | Aesculap, Tuttlingen, Germany | BD210R | |
| Dressing forceps 130 mm | Aesculap, Tuttlingen, Germany | BD025R | |
| Drill bit coated 0.45 mm | RISystem, Davos, Switzerland | HS820420 | |
| Durogrip needle holder 125 mm | Aesculap, Tuttlingen, Germany | BM024R | |
| Foliodrape | Hartmann, Heidenheim, Germany | 2513026 | |
| Frekaderm | Fresenius, Bad Homburg, Germany | 4928211 | |
| Gigli saw 0.44 mm | RISystem, Davos, Switzerland | RIS.590.110.25 | |
| Hand drill | RISystem, Davos, Switzerland | RIS.390.130-01 | |
| Heating plate | FMI, Seeheim, Germany | IOW-3704 | |
| Hygonorm gloves | Hygi, Telgte, Germany | 2706 | |
| Isoflurane | Abbot, London, UK | Forene | |
| Micro forceps 155 mm | Aesculap, Tuttlingen, Germany | BD343R | |
| Micro scissors 120 mm | Aesculap, Tuttlingen, Germany | FD013R | |
| Mouse FixEx L 0.7 mm | RISystem, Davos, Switzerland | RIS.611.300-10 | |
| Needle case for drills | Aesculap, Tuttlingen, Germany | BL911R | |
| Needle holder | Aesculap, Tuttlingen, Germany | BB078R | |
| Octenisept | Schülke, Norderstedt, Germany | 121403 | |
| Osirix software | Pixmeo SARL, Bernex, Switzerland | – | Version 4.0 |
| Oxygen, medical grade | MTI, Ulm, Germany | – | |
| Resolon 5/0 | Resorba, Nürnberg, Germany | 88143 | |
| Saline 0.9% | Braun, Melsungen, Germany | 3570350 | |
| Scalpel handle 125 mm | Aesculap, Tuttlingen, Germany | BB073R | |
| Scissors 150 mm | Aesculap, Tuttlingen, Germany | BC006R | |
| Sealer for autoclave packaging | Hawo GmbH, Obrigheim, Germany | HM500 | |
| Sterican 27 G | Braun, Melsungen, Germany | 4657705 | |
| Sterile surgical blades no. 11/15 | Aesculap, Tuttlingen, Germany | BB511/515 | |
| Surgical gloves | Hartmann, Heidenheim, Germany | Peha-micron 9425712 | |
| Surgical light | Maquet SA, Ardon, France | Blue line 80 | |
| Syringes 5 ml | Braun, Melsungen, Germany | Injekt 4606051V | |
| Tissue forceps 80 mm | Aesculap, Tuttlingen, Germany | OC091R | |
| Tramadol 25 mg/l | Grünenthal, Aachen, Germany | 100mg/ml | |
| Vasofix Safety | Braun, Melsungen, Germany | 4268113S-01 | |
| Vicryl 5-0 | Ethicon, Norderstedt, Germany | V30371 | |
| Visdisic eye ointment | Bausch & Lomb, Berlin, Germany | 3099559 |
References
- Claes, L., Recknagel, S., Ignatius, A. Fracture healing under healthy and inflammatory conditions. Nat Rev Rheumatol. 8 (3), 133-143 (2012).
- Einhorn, T. A. The cell and molecular biology of fracture healing. Clin Orthop Relat Res. (355), S7-S21 (1998).
- Einhorn, T. A., Gerstenfeld, L. C. Fracture healing: mechanisms and interventions. Nat Rev Rheumatol. 11 (1), 45-54 (2015).
- Augat, P., et al. Local tissue properties in bone healing: influence of size and stability of the osteotomy gap. J Orthop Res. 16 (4), 475-481 (1998).
- Claes, L. E., Heigele, C. A. Magnitudes of local stress and strain along bony surfaces predict the course and type of fracture healing. J Biomech. 32 (3), 255-266 (1999).
- Claes, L. E., et al. Effects of mechanical factors on the fracture healing process. Clin Orthop Relat Res. (355), 132-147 (1998).
- Hu, D. P., et al. Cartilage to bone transformation during fracture healing is coordinated by the invading vasculature and induction of the core pluripotency genes. Development. 144 (2), 221-234 (2017).
- Hankenson, K. D., Zimmerman, G., Marcucio, R. Biological perspectives of delayed fracture healing. Injury. 45, 8-15 (2014).
- Meyer, R. A., et al. Age and ovariectomy impair both the normalization of mechanical properties and the accretion of mineral by the fracture callus in rats. J Orthop Res. 19 (3), 428-435 (2001).
- Nikolaou, V. S., Efstathopoulos, N., Kontakis, G., Kanakaris, N. K., Giannoudis, P. V. The influence of osteoporosis in femoral fracture healing time. Injury. 40 (6), 663-668 (2009).
- Haffner-Luntzer, M., Kovtun, A., Rapp, A. E., Ignatius, A. Mouse Models in Bone Fracture Healing Research. Current Molecular Biology Reports. 2 (2), 101-111 (2016).
- Garcia, P., et al. Rodent animal models of delayed bone healing and non-union formation: a comprehensive review. Eur Cell Mater. 26, 1-14 (2013).
- Histing, T., et al. Small animal bone healing models: standards, tips, and pitfalls results of a consensus meeting. Bone. 49 (4), 591-599 (2011).
- Zachos, T. A., Bertone, A. L., Wassenaar, P. A., Weisbrode, S. E. Rodent models for the study of articular fracture healing. J Invest Surg. 20 (2), 87-95 (2007).
- Taha, M. A., et al. Assessment of the efficacy of MRI for detection of changes in bone morphology in a mouse model of bone injury. J Magn Reson Imaging. 38 (1), 231-237 (2013).
- Haffner-Luntzer, M., et al. Evaluation of high-resolution In Vivo MRI for longitudinal analysis of endochondral fracture healing in mice. PLoS One. 12 (3), 0174283 (2017).
- Beckmann, N., Falk, R., Zurbrugg, S., Dawson, J., Engelhardt, P. Macrophage infiltration into the rat knee detected by MRI in a model of antigen-induced arthritis. Magn Reson Med. 49 (6), 1047-1055 (2003).
- Al Faraj, ., Shaik A, S. u. l. t. a. n. a., Pureza, A., A, M., Alnafea, M., Halwani, R. Preferential macrophage recruitment and polarization in LPS-induced animal model for COPD: noninvasive tracking using MRI. PLoS One. 9 (3), 90829 (2014).
- Rolle, A. M., et al. ImmunoPET/MR imaging allows specific detection of Aspergillus fumigatus lung infection in vivo. Proc Natl Acad Sci U S A. 113 (8), 1026-1033 (2016).
- Niemeyer, M., et al. Non-invasive tracking of human haemopoietic CD34(+) stem cells in vivo in immunodeficient mice by using magnetic resonance imaging. Eur Radiol. 20 (9), 2184-2193 (2010).
