Summary

Técnica quirúrgica de implante óseo para modelos de tibia de rata de diabetes y osteoporosis

Published: July 05, 2024
doi:

Summary

La colocación de implantes en un modelo de rata es un procedimiento experimental esencial para la investigación clínica. Este estudio presenta un protocolo quirúrgico completo para implantar implantes de titanio en la tibia de modelos de ratas con diabetes y osteoporosis.

Abstract

La rata ha servido durante mucho tiempo como un valioso modelo animal en implantología y ortopedia, particularmente en el estudio de las interacciones entre los biomateriales y el tejido óseo. La tibia de la rata es frecuentemente elegida debido a su fácil acceso quirúrgico a través de finas capas de tejido (piel y músculo) y la forma aplanada de su cara medial, lo que facilita la inserción quirúrgica de dispositivos intraóseos. Además, este modelo permite la inducción de enfermedades específicas, imitando diversas condiciones clínicas para evaluar las respuestas biológicas a diferentes condiciones del implante, como la geometría, la textura de la superficie o las señales biológicas. Sin embargo, a pesar de su robusta estructura cortical, ciertos dispositivos intraóseos pueden requerir adaptaciones en el diseño y el tamaño para una implantación exitosa. Por lo tanto, el establecimiento de métodos quirúrgicos estandarizados para la manipulación de tejidos blandos y duros en la región de implantación es esencial para garantizar la colocación adecuada del implante o del dispositivo de tornillo, especialmente en campos como la odontología de implantes y la ortopedia. Este estudio incluyó ochenta ratas Sprague Dawley divididas en dos grupos en función de sus respectivas enfermedades: Grupo 1 con osteoporosis y Grupo 2 con diabetes tipo 2. Los implantes se realizaron a las 4 semanas y a las 12 semanas, con el mismo cirujano siguiendo una técnica quirúrgica consistente. Se observó una respuesta biológica positiva, lo que indica una osteointegración completa de todos los implantes colocados. Estos resultados validan el éxito del protocolo quirúrgico, que puede ser replicado para otros estudios y servir de referencia para la comunidad de biomateriales. En particular, los valores de osteointegración se mantuvieron estables tanto a las 4 semanas como a las 12 semanas para ambos modelos de enfermedad, lo que demuestra una integración duradera del implante a lo largo del tiempo y enfatiza el establecimiento de una conexión ósea íntima ya a las 4 semanas.

Introduction

La elección común de ratas como sujetos experimentales se debe al hecho de que son fáciles de criar y relativamente baratas en comparación con los modelos animales más grandes. La aparición de nuevos procedimientos, como la reproducción fiable de un trastorno, por ejemplo, la osteoporosis o la diabetes, hace que este modelo sea especialmente útil para analizar el uso potencial de tratamientos y/o la influencia de la enfermedad en la respuesta biológica a fármacos y dispositivos quirúrgicos o procedimientos 1,2.

El aumento de masa ósea de la rata se produce principalmente durante los primeros 6 meses de vida, aunque algunos investigadores creen que el hueso largo crece constantemente durante al menos un año con un aumento progresivo de la longitud1. Con el envejecimiento, se produce una transición del modelado a la remodelación, que no ocurre en todos los casos por igual en todo el esqueleto2. Las ratas Sprague Dawley hembras crecen más lentamente que las ratas macho y alcanzan un pico de peso más bajoque las ratas macho. La elongación ósea continua y la dinámica variada de remodelación ósea en ratas son factores que deben tenerse en cuenta al abordar los problemas de salud humana; Sin embargo, aún no ha sido posible encontrar ninguna investigación experimental que demuestre el desarrollo del hueso de rata de por vida o la incapacidad de la especie para remodelarel hueso. Si la experimentación comienza alrededor de los 10 meses de edad, se debe dejar intacto un margen de al menos 1 mm de la placa de crecimiento de la tibia debido a este crecimiento óseo longitudinal, una cuestión a considerar en los estudios de implantes dentales2. Las hormonas también son un parámetro clave en la investigación ósea, ya que a los 8 meses de edad, se encontró que las ratas macho tenían un 22% más de ancho óseo y un 33% más de resistencia a la rotura que las hembras en la tibia3.

Por lo tanto, la reproducción fiable de un trastorno es muy importante en ortopedia e implantología dental, ya que la osteointegración de un tornillo ortopédico o un implante dental es un proceso complejo que depende de numerosos factores que influyen en la respuesta sistémica a la implantación del dispositivo en el hueso. Se sabe que los trastornos sistémicos como la osteoporosis y la diabetes afectan la tasa de éxito en ortopedia e implantología dental, por lo que la reproducción confiable de esos trastornos en modelos de ratas se puede aplicar para explorar formas de superar estas limitaciones.

La tibia de rata, debido al fácil acceso quirúrgico, el volumen óseo moderado y la forma plana en la placa medial, la hace adecuada para experimentos quirúrgicos de implante óseo 4,5, y se ha utilizado en numerosos estudios de investigación que exploran los efectos de la superficie del implante en la osteointegración 4,5,6. Cada vez son más los estudios que evalúan los efectos sobre la osteointegración de los recubrimientos y sustancias añadidos a la superficie del implante tantoen animales sanos 7 como en animales comprometidos afectados por diabetes u osteoporosis 8,9,10,11,12,13,14.

El número de dispositivos de implante colocados en la tibia de una rata es limitado y puede diferir según el tipo de estudio. Dependiendo del número de implantes o de las condiciones del estudio, las dimensiones de los dispositivos deben adaptarse para minimizar el trauma quirúrgico. En estudios con un implante, se puede colocar un implante de tamaño casi humano (2,0 mm de diámetro y 4 a 5 mm de longitud) y se puede lograr un anclaje bicortical 6,7,15,16. Las dimensiones de los implantes en los protocolos multiimplante deben adoptar un tamaño de implante adecuado (1,5 mm de diámetro y 2,5 mm de longitud)4,17.

El presente estudio tiene como objetivo describir un protocolo quirúrgico estandarizado para la colocación de implantes de titanio en la tibia de dos modelos de rata: el modelo de rata con osteoporosis y el modelo de rata diabética. Además, este estudio permite probar el protocolo quirúrgico para evaluar diferentes tipos de biofuncionalización de la superficie del implante y su efecto sobre la osteointegración.

Una muestra de 80 ratas se dividió en dos grupos. En el grupo 1 se seleccionaron 40 hembras Sprague Dawley ovariectomizadas y 5 animales simulados, con un peso medio de 484 g y una edad media de 12 semanas. Sobre la base de las recomendaciones de los proveedores (véase la Tabla de Materiales), tres meses después de la castración, comenzó el experimento. Este período de espera aseguró la desaparición de las hormonas sexuales. La osteoporosis se confirmó en el momento de la cirugía mediante el análisis óseo de microtomografía computarizada (micro-TC), que reflejó una pérdida ósea promedio del 20% en comparación con el grupo simulado. El grupo 2 consistió en 40 ratas Sprague Dawley modificadas genéticamente BBDR (Bio Breeding Diabetes Resistant) con diabetes tipo II. El peso medio fue de 730 g y la edad media fue de 12 semanas. Antes de la cirugía, el estado diabético se confirmó con tres días consecutivos de mediciones de glucosa con resultados superiores a 200 mg/dL. La glucosa se midió con un glucómetro en 6 h de ayuno, y se recogió una gota de sangre mediante punción de cola.

Se utilizaron implantes de titanio de grado 3 de 2 mm de longitud y 1,8 mm de diámetro. Todos los implantes se esterilizaron en condiciones de sala limpia, mediante limpieza ultrasónica en ciclohexano (3 veces durante 2 minutos), acetona (una vez durante 1 minuto), agua desionizada (3 veces durante 2 minutos), etanol (3 veces durante 2 minutos) y acetona (3 veces durante 2 minutos) utilizando un baño de ultrasonidos (230 VCA, 50/60 Hz, 360 W). A continuación, las muestras se secaron con gas nitrógeno y se aplicó un haz de nitrógeno a 0,5 bar directamente sobre las muestras. Antes de la implantación, los implantes se remojaron primero en agua desionizada y luego se sumergieron en etanol al 70% (v/v) durante 10 min. Después de esto, los implantes se transfirieron a tubos de microcentrífuga estériles y se mantuvieron en condiciones estériles hasta la cirugía.

Protocol

Todos los procedimientos experimentales se llevaron a cabo de acuerdo con las Directrices de la Comunidad Europea para la protección de los animales utilizados con fines científicos (Directiva 2010/63/UE) implementadas en la legislación española (Real Decreto 53/2013) y la normativa de la Generalitat de Catalunya (Decreto 214/97). El Comité Ético de Experimentación Animal del Vall D’Hebron Institut de Recerca (número de registro 72/18 CEEA) ha obtenido la aprobación ética de to…

Representative Results

Fase quirúrgicaEs importante mencionar que ambos modelos animales utilizados en este estudio presentan ciertas limitaciones debido a las enfermedades inducidas. Estas limitaciones con respecto a la manipulación de tejidos duros y blandos se reflejan durante el procedimiento quirúrgico. En el modelo diabético, la rata es más grande, lo que dificulta la estabilización de las patas durante los procedimientos quirúrgicos. Esto aumenta e…

Discussion

Aunque la rata es un modelo ampliamente utilizado para el estudio de la osteointegración, es importante definir y describir una técnica quirúrgica reproducible para la colocación adecuada de implantes. Esta técnica podría servir de guía para la comunidad científica. Además, el hecho de que ciertas enfermedades, como la osteoporosis y la diabetes, alteren el metabolismo óseo implica mayores exigencias para el correcto diseño de los procedimientos quirúrgicos. La rata se compar…

Divulgaciones

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Los autores agradecen a la Agencia Estatal de Investigación el apoyo financiero a través de los proyectos PID2020-114019RBI00 y PID2021-125150OB-I00.

Materials

22 G needles+A2:C30 Terumo NN-2238R
4/0 monofilament synthetic resorbable suture Braun ( MonoSyn)
5 mL, 10 mL syringes Braun 4617100V-02 4606051V
Adson forceps Antão Medical Ref: A586
BBDR ( Biobreeding Diabetes Resistant ) Sprague Dawley Rats Janvier Labs
Betadine Mylan
Buprecare Animalcare (UK)
Castroviejo Caliper 0-40 mm 15 cm angled UL AMIN Industries
Castroviejo Needle Holder Antão Medical Ref: AM1702
Dental surgery scissors curved and straight Antão Medical AMA603 / AMA600
Electric shaver Oster Pro 3000i 34264482227
Extra Fine Graefe Forceps F.S.T Ref: 11150-10
Gauze pads COVIDIEN 441001
Glucometer Menarini (Italy)
Helicoidal Drill / OSTEO-PIN DRILL Ø1.6 mm soadco Ref. OS-8001
Implants / SCREW OSTEO-PIN Ø1.8 x 2.0 mm soadco Ref. OS-3
Isoflo Le Vet Pharma (Netherlands)
Lance pilot drill / Lanceolate Drill (DS) soadco Ref. 10 02 01 T
Latex gloves – Surgical gloves sterile Hartmann Ref: 9426495
Lucas Surgical Curette Antão Medical Ref: AMA940-3
Metacam Boehringer Ingelheim(Germany)
Micro forceps straight nopa Ref: AB 542/12
Micro-CT scan( Quantum Fx microCT ) Perkin Elmer (US)
Osteoporotic Sprague Dawley females Rats Janvier Labs
Periosteal elevator -  Molt 2-4 Antão Medical Ref: A1564
Physiologic solution for Irrigation Hygitech Ref:10238
Scalpel Blade Carbon Steel 15C Razor Med Ref: 02846
Sterile Gauze Swabs Alledental Ref: 270712
Sterile Irrigation system Hygitech Ref:HY1-110001D
Sterile towels (1 piece per animal) Dinarex 4410
Surgical contra-angle handpiece W&H Ref: WS-75 LED G
Surgical contra-angle handpiece W&H SN 08877
Surgical contra-angle handpiece W&H SN 01309
Surgical Electric Motor WH Implantmed Type: SI-1023  Ref: 30288000
Surgical scalpel handle AsaDental Ref: 0350-3
Towel clamps Xelpov surgical AF-773-11
Ultrasonic device J.P. Selecta, Abrera, Spain

Referencias

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Citar este artículo
Alfaiate, D., Mas-Moruno, C., Manuela, C., Ustrell, J. M., Camara, J. A., Ferrer, M., Manero, J. M., Manzanares-Céspedes, M. Surgical Bone Implantation Technique for Rat Tibia Models of Diabetes and Osteoporosis. J. Vis. Exp. (209), e66591, doi:10.3791/66591 (2024).

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