Although mouse models are invaluable tools for bone tissue engineering, models of long bone defects are sparse. This need motivated development of the present protocol which uses a locking plate with four screws and a dedicated jig to perform and stabilize a reproducible, femoral, critical-size defect with low morbidity.
The use of tissue-engineered bone constructs is an appealing strategy to overcome drawbacks of autografts for the treatment of massive bone defects. As a model organism, the mouse has already been widely used in bone-related research. Large diaphyseal bone defect models in mice, however, are sparse and often use bone fixation which fills the bone marrow cavity and does not provide optimal mechanical stability. The objectives of the current study were to develop a critical-size, segmental, femoral defect in nude mice. A 3.5-mm mid-diaphyseal femoral ostectomy (approximately 25% of the femur length) was performed using a dedicated jig, and was stabilized with an anterior located locking plate and 4 locking screws. The bone defect was subsequently either left empty or filled with a bone substitute (syngenic bone graft or coralline scaffold). Bone healing was monitored noninvasively using radiography and in vivo micro-computed-tomography and was subsequently assessed by ex vivo micro-computed-tomography and undecalcified histology after animal sacrifice, 10 weeks postoperatively. The recovery of all mice was excellent, a full-weight-bearing was observed within one day following the surgical procedure. Furthermore, stable bone fixation and consistent fixation of the implanted materials were achieved in all animals tested throughout the study. When the bone defects were left empty, non-union was consistently obtained. In contrast, when the bone defects were filled with syngenic bone grafts, bone union was always observed. When the bone defects were filled with coralline scaffolds, newly-formed bone was observed in the interface between bone resection edges and the scaffold, as well as within a short distance within the scaffold.
The present model describes a reproducible critical-size femoral defect stabilized by plate osteosynthesis with low morbidity in mice. The new load-bearing segmental bone defect model could be useful for studying the underlying mechanisms in bone regeneration pertinent to orthopaedic applications.
Masif cisim kemik defektleri ortopedik cerrah için büyük bir meydan okumadır. Şu anda altın standart tedavi olarak kabul otolog kemik grefti ile kemik yerine, sınırlı kaynağı olduğunu ve hasat ilişkili morbidite ile ilişkilidir. Bu nedenlerle, osteokonduktif iskeleleri ile kemik iliği mezenkimal kök hücreleri birleştiren doku mühendisliği kemik yapıları ortopedik cerrahide otogreftlerde için bir alternatif olarak araştırılmıştır.
Bugüne kadar, çalışmaların çoğu gibi (örneğin köpek, domuz ve koyun 1-3, fakat küçük hayvan modellerinde ortotopik, segmental, kritik boyutlu kemik defektleri bu yapıların ön değerlendirme olarak klinik ile ilgili hayvan modellerinde yapılmıştır fareler) birçok avantajı olabilir: hayvanların sayıda kumanda edilebilir, (ii) (i) düşük maliyet; (Iii) büyük hayvan modellerinin tersine, fare suşlarının homojenliği skafold rezorpsiyonunun bir bireysel farklılıklar sınırlarnd kemik oluşumu ve; (Iv) en önemlisi, özel antikorlar ve gen hedefli hayvanların elde hazır mevcut kemik iyileşmesi ilgili biyolojik proseste değerlendirilmesini sağlar. Son olarak, farelerin bağışıklık yetersizliği olan suşlarının kullanımı da farelerde olumsuz bağışıklık tepkileri olmayan greft veya insan kökenli hücreler kullanılarak çalışmalar sağlar.
Anılan avantajlara rağmen, farelerde masif diafizer kemik defekti modelleri seyrek. Bu tür modellerin çoğu (böylece test edilecek malzemenin hacmini sınırlayan) kemik iliği boşluğu dolduran intramedüller pin ile kemik tespitini kullanın ve aynı zamanda rotasyonel ve eksenel istikrar 2,4-7 sağlayarak değil tekrarlanabilirlik engellemektedir.
Bu çalışmanın amacı, (i) doğru ve tekrarlanabilir kilitleme plaka osteosynth tarafından stabilize edilir tekrarlanabilir, kritik boyutu, segmental, farelerde femur kusur modelini açıklamak için, bir klinik kemik sendika üyesi olmayan bir durum taklit vardırson derece istikrarlı biyomekanik ortam 8-10 sağlayan ESIS; (Ii) iki potansiyel kemik yedekleri ile mevcut modeli göstermek için ve kemik oluşumu bu kullanılabilir analizleri tarif etmek.
Ortopedik ilgili malzeme ve farelerde cihazın Ektopik implantasyon genellikle çeşitli iskeleler 13,14 kapasitelerinin kemik oluşturan değerlendirmek için gerçekleştirilmektedir. Önemli farklılıklar ancak yerli osteojenik sinyalizasyon faktörlerin ve konak kemik oluşturan hücreler ile parakrin etkileşimler de dahil olmak üzere ektopik ve ortotopik modelleri arasında var.
Bu çalışma bir tekrarlanabilir fare geniş segmental kurar, kritik boyutlu femoral defekt (3,5 mm, femur uzunluğunun yaklaşık% 20-25). Böyle kusurun büyüklüğünü ve sonuç plak osteosentezi tarafından sağlanan istikrarı göz önüne alındığında, bu model klinik karşılaşılan atrofik kemik olmayan birlik taklit eder.
Bu çalışmada seçilen post-operatif süre, 8 ila 12 hafta 4,9,15,16 sonra yeterli iyileşme eksikliği gösteren daha önce açıklanan sendikasız modeller fareler ile uyumludur.
Daha da önemlisi, reproduuygulanan kemik ikamelerinin karışmayan ve sabit osteosentez, hem de stabilite kilitleme plakası ve ostectomy gerçekleştirmek için bir jig Her ikisinin de kullanılması ile önemli bir morbidite ve mortalite 1,2 olmadan elde edilmiştir. Bu sonuç aynı zamanda bir eksternal fiksatör veya intramedüller çivi ya 4,5,17-24 kullanıldığı zaman rapor edilen sonuçları tezat. Dış potansiyel sakıncaları şunlardır Sabitleyicilerdeki: sertlik değişkenlik, iğne yolları enfeksiyonları, pimlerin gevşeterek, iğne ve malzeme (4 fare vücut ağırlığının% 20 kadar) ağırlığı nedeniyle yaralanmalar potansiyelleri. intramedüller çivi potansiyel sakıncaları şunlardır: tırnak ve eklem yüzeylerinin iatrojenik hasarı ile ilik boşluğuna doldurulması.
Plaka osteosentez ile stabilize edilmiş başka kemirgen segmental kritik boyutlu femoral kusurları 1.5 ile 2 mm uzunluğunda 16,25 arasında bir çapak tarafından yaratılan kemik defektinin tarif edilmiştir. thE Mevcut model bir jig ve testere tel kullanımı önemli kasları travma olmaksızın kesin bir 3.5 mm uzunluğundaki ostectomy izin verdi.
Ancak, bir göz çeşitli kilit noktalarda üzerinde almalı işlemi gerçekleştirmeden başarılı olmak için: Aksi plaka çok uzun olmalıdır (8 hafta altında 25 g veya yaşın altında ya bir ağırlığa sahip çıplak fareler), küçük fareler kullanmayın. Femoral kemik yaklaşırken, kaudale siyatik siniri ve distal eklem kapsülü, hem korumak için özen gösterin. Femoral kemik ön tarafında plaka uygulayın ve plakanın hizalama bu ilk vidanın uygulama tarafından belirlenir, çünkü bu ilk vidayı takarken femur plaka paralel konumlandırmak için özen gösterin.
ostectomy yapmadan önce, kas travması önlemek için diafiz ortasında femur dairesel diseksiyon özen gösterin. ostectomy yaparken, cerrahın asistanı sıkıca kılavuzu ve sur tutmak gerekirGeon sabit bir sabit gerilim uygulanırken, (ii) tel orta üçte ikisini kullanmak, ve (iii) Düz bir kemik kesimi elde etmek için aşırı hareket etmesini önlemek için, testere tel kavga dikkat (I) 'olmalıdır.
Mevcut model kemik grefti kullanılan sağlanan Kemik iyileşmesi mümkündür. Ayrıca, bu model insan kökenli greft veya hücreler ya iyi standardize, büyük, segmental kemik defekti kullanılan kemik yedek stratejileri yer alan mekanizmaların ileri çalışmalara olanak verir.
Buna ek olarak, arıtma ve ortopedi ilgili araştırmalar hayvanların kullanımının azaltılmasını gerektiren mevcut eğilimler doğrultusunda, bu model, biyolüminesans in vivo görüntüleme teknikleri ile birlikte de kullanılabilir. Böyle non-invaziv teknikler hayvan kurban 26 gerektirmeden hem implante hücre yaşamını ve doku iyileşmesini izleme izin verir.
Mevcut modelin başlıca sınırlamaları hemyük taşıyan koşulları ve tam insanlarda klinik karşılaşılan taklit çünkü oluşturulan kemik defekti hacmi. Modelin Diğer sınırlamalar (i) ex vivo uCT analizden önce plakanın çıkarılmasını gerektirebilir ve boyuna radyografik muayene sonuçlarını yorumlama ve zorlaştırabilir plaka radyo donukluk vardır (ii) plaka sertliği modüle yetersizlik hangi kemik oluşumu 27-30 önemli bir mekanik parametre olabilir.
Kemik isograft ya da (özellikle kalsiyum karbonat) bir mineral bileşeni içeren diğer iskeleleri kullanarak zaman yeni kurulan kemik yoğunluğu kısmen örtüştüğü çünkü biri, bazı önyargı mikro-BT analizi segmentasyonu sürecinde tanıtıldı olduğunu, aynı zamanda akılda tutmak gerekir isograft yoğunluğu veya iskele yoğunluğu ya. kemik hacmi mikro BT analizi ile elde Bu nedenle çok mineralleşmiş dokuyla (yeni oluşan kemik hacmi yansıtır artıKemik yerine) 11,26,31.
The authors have nothing to disclose.
Yazarlar yazının onun değerli yorumlarınız için Rena Bizios teşekkür etmek istiyorum.
α-MEM , Minimum Essential Medium Eagle | Sigma-Aldrich, France | M4526 | 500 ml |
Acropora sp. coral exoskeleton cubes, Biocoral® | Biocoral®, Inoteb, France | 3x3x3 mm cubes, autoclaving (121°C for 20 min) sterilization | |
Buprenorphine, Buprecare® | Axience, Pantin, France | 0.3 mg/ml | |
Xylazine, Rompun® 2% | Bayer HealthCare, Puteaux, France | 20 mg/ml | |
Ketamine, Ketamine 500® | Virbac, Carros, France | 50 mg/ml | |
Isoflurane, Forène® | Abbott, Arcueil, France | ||
Enrofloxacine, Baytril® 5% | Bayer HealthCare, Puteaux, France | 50 mg/ml | |
Pentobarbital, Dolethal® | Vétoquinol, Lure, France | 182,2 mg/ml | |
Anesthetizing box | Ugo Basile, Gemonio, Italy | 7900/10 | |
Plastic transparent sterile drape, BusterOpCover 30*45cm | Buster, Coveto, Montagu, France | 613867 | |
10% povidone iodine, Vétédine® Solution | Vétoquinol, Lure, France | 100 mg/ml | |
Titanium micro- locking plate, MouseFix Plate XL | RISystem AG, Davos, Switzerland, http://www.risystem.com/ | RIS.401.120 | 6 holes, 10 mm long and 1.5 mm wide, autoclaving (121°C for 20 min) sterilization or cold sterilzation (ethylene oxide) |
0.3 mm drill bit, Drill Bit 0.30 mm | RISystem AG, Davos, Switzerland, http://www.risystem.com/ | RIS.592.200 | autoclaving (121°C for 20 min) sterilization or cold sterilzation (ethylene oxide) |
Engine power | RISystem AG, Davos, Switzerland, http://www.risystem.com/ | AccuPen | Cold sterilzation (ethylene oxide) |
Screw driver, Handrill | RISystem AG, Davos, Switzerland, http://www.risystem.com/ | RIS.390.130 | autoclaving (121°C for 20 min) sterilization or cold sterilzation (ethylene oxide) |
Self-tapping locking screws, MouseFix Screw 2 mm | RISystem AG, Davos, Switzerland, http://www.risystem.com/ | RIS.401.100 | 2 mm long, 0.47 mm outer diameter and 0.34 mm core diameter, autoclaving (121°C for 20 min) sterilization or cold sterilzation (ethylene oxide) |
Jig,MouseFix XL Drill and Saw Guide | RISystem AG, Davos, Switzerland, http://www.risystem.com/ | RIS.301.103 | 3.5 mm between the slots, autoclaving (121°C for 20 min) sterilization or cold sterilzation (ethylene oxide) |
0.22-mm Gigli saws (0.22 mm Saws) | RISystem AG, Davos, Switzerland | ||
5.0 glycomer 631, Biosyn | Covidien, Vétoquinol, Lure, France | Tapper-cut needle | |
4.0 glycomer 631, Biosyn | Covidien, Vétoquinol, Lure, France | Tapper-cut needle | |
Xray, MX20 | Faxitron X-ray Corp, Edimex, Le Plessis Grammorie | ||
in vivo high-resolution microcomputed tomography, Skyscan 1176 | Skyscan, Aartselaar, Belgium | ||
Ex vivo high-resolution microcomputed tomography, Skyscan 1172 | Skyscan, Aartselaar, Belgium | ||
Resident software: Nrecon(v1.6.9)/Ctan(v.1.14.4) | Skyscan, Aartselaar, Belgium |