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.
פגמי עצם diaphyseal מסיביים הם אתגר גדול האורתופד. החלפת עצם עם שתל עצם אוטולוגית, נחשבת כיום לטיפול תקן הזהב, היא בהיצע מוגבל והיא קשורה עם תחלואה הקשורה קציר. מסיבות אלה, בונה עצם רקמות מהונדסות שילוב בתאי גזע mesenchymal מח עצם עם פיגומים osteoconductive נחקרו כחלופה autografts בכירורגיה אורטופדית.
נכון להיום, רוב המחקרים בוצעו במודלים של בעלי חיים קליניים רלוונטיים כגון כלבים, חזירים וכבשי 1-3, אבל הערכה ראשונית בין שני המושגים הללו ב orthotopic, ענפי, פגמי עצם קריטי בגודל מודלים קטנים-חיים (כמו עכברים) יכולים להיות כמה יתרונות: (i) הוצאות נמוכות, (ii) מספר גדול של בעלי חיים יכול להיות מופעלת; (Iii) בניגוד במודלים של בעלי חיים גדולים, ההומוגניות של זני העכבר מגביל להבדלים אינדיבידואליים בתוך ספיגת פיגוםnd עצם היווצרות; (Iv) והכי חשוב, זמינות של נוגדנים ספציפיים וחיות במיקוד גן לאפשר ההערכה של התהליך הביולוגי המעורבים בריפוי עצם. ואחרון חביב, שימוש זני immunodeficient של עכברים גם מאפשר לימודים או באמצעות שתלי או תאים ממקור אנושי ללא תגובות חיסוניות לוואים בעכברים.
למרות היתרונות הנ"ל, מודלים פגם עצם מסיבי diaphyseal בעכברים הם דלילים. רוב הדגמים כגון להשתמש קיבוע העצם עם סיכת intramedullary שממלא את חלל מח עצם (ובכך להגביל את היקף החומר להיבדק) וגם מעכבת שחזור משום שלא סיפקה יציבות הסיבוב צירית 2,4-7.
מטרות המחקר הנוכחי (i) מחק מצב קליני עצם איחוד הלא, לתאר מודל פגם לשחזור, קריטי בגודל פלח, ירך בעכברים, אשר הוא התייצב על ידי osteosynth נעילה-צלחת המדויקת לשחזורesis המספק סביבה ביומכנית מאוד יציבה 8-10; (Ii) כדי להמחיש את המודל הנוכחי עם שני תחליפי עצם פוטנציאליים ולתאר היווצרות עצם מנתחת שיכול לשמש.
השתלת חוץ רחמים של חומרי אורתופדיות קשורים מכשיר בעכברים מבוצעת בדרך כלל כדי להעריך את העצם להרכיב יכולות של פיגומים שונים 13,14. הבדלים חשובים אולם קיימים בין מודלים מחוץ לרחם ו orthotopic, כולל גורמי איתות osteogenic יליד ואינטראקציות paracrine עם תאי יוצרי עצם מארח.
המחקר הנוכחי קובע מגזרי גדולה בעכברים לשחזור, פגם ירך קריטי בגודל (3.5 מ"מ, כ 20-25% של אורך עצם הירך). בהתחשב בגודל של פגם כזה ואת היציבות שמספקת osteosynthesis הצלחת כתוצאה, המודל הזה מחק את עצם אטרופית הקליני-נתקל שאינו Union.
פרק הזמן שלאחר הניתוח שנבחר במחקר הנוכחי, עולה בקנה אחד עם עכברי דגמים שאינם איגוד שתוארו לעיל, מראה חוסר של ריפוי נאות לאחר 8 עד 12 שבועות 4,9,15,16.
והחשוב מכל, reproduosteosynthesis cible והיציב, כמו גם היציבות של תחליפי העצם המושתלים התקבל ללא תחלואה משמעותית ותמותה 1,2 עם השימוש בשני צלחת הנעילה לנענע לבצע את ostectomy. תוצאה זו מנוגדת גם התוצאות המדווחות כאשר בין כאדם, קיבוע חיצוני או מסמר intramedullary שמש 4,5,17-24. עבור תופסנים החיצוניים חסרונות פוטנציאליים כוללים: השתנות קשיחות, זיהומים של דרכי סיכות, התרופפות של הסיכות, פוטנציאל פציעות עקב הסיכות ומשקל החומרים (4 עד 20% ממשקל גוף העכבר). עבור מסמר intramedullary חסרונות פוטנציאליים כוללים: מילוי של חלל מדולרי עם הציפורן ונזק iatrogenic של משטחים במפרק.
סגמנטלי בעכברים אחרים, פגמים הירך בגודל קריטי על מנת לייצב את osteosynthesis צלחת תוארו עם פגם עצם נוצר על ידי לצלצול ולא הנעים בין 1.5 ל אורך 2 מ"מ 16,25. בשנת הה 'מציג מודל, השימוש של ג'יג חוט מסור מותר ostectomy 3.5 מ"מ-ארוך ומדויק ללא טראומה לשרירים משמעותיים.
עם זאת, כדי להצליח ביצוע ההליך אחד צריך לקחת על עצמו בחשבון מספר נקודות מפתח: אל תשתמשו עכברים קטנים (עכברי עירום עם או משקל נמוך מ -25 גרם או גיל מתחת לגיל 8 שבועות) אחרת הצלחת צריכה להיות ארוכה מדי. כאשר מתקרבים לעצם הירך, דואגים לשמר הן את גיד הנשה caudally ואת הקפסולה במפרק distally. החל את הצלחת בצד הקדמי של עצם הירך ומאז יישור של הצלחת נקבע על ידי יישום של בורג הראשון זה, לדאוג למצב ההקבלה הצליחה אל הירך בעת הכנסת בורג ראשון זה.
לפני ביצוע ostectomy, לטפל לבצע דיסקציה עגול של עצם הירך ב באמצע diaphysis כדי למנוע טראומה שרירית. בעת ביצוע ostectomy, עוזרו של המנתח חייב להחזיק את המדריך בחוזקה ואת surהגאון חייב להיות זהיר (i) לא להסתבך החוט המסור, (ii) להשתמש בשני השלישים באמצע החוט תוך החלת מתח יציב מתמיד, וכן (iii) כדי למנוע תנועה עודפת להשיג חתך עצם ישר.
ריפוי עצם אפשרי במודל הנוכחי ספק שתל עצם משמש. יתר על כן, מודל זה מאפשר מחקרים נוספים של המנגנונים המעורבים אסטרטגיות החלפת עצם וכשאחד שתלי אדם ממוצא או תאים משמשים פגם היטב סטנדרטי, גדול, ענפי, עצם.
בנוסף, בתור המגמות הנוכחיות הדורשים עידון הקטנת השימוש בבעלי חיים למחקר הקשורות אורתופדיה, מודל זה יכול לשמש בשילוב עם טכניקות ההדמיה vivo כגון פליטת אור. כזה טכניקות פולשני לאפשר ניטור הוא הישרדות תא מושתלת וריפוי רקמות ללא צורך להקריב בעלי חי 26.
המגבלות העיקריות של המודל הנוכחי הם גםתנאי עומס נושא את עוצמת הקול של פגם העצם נוצר כי הם לא לחקות אותם במלואם נתקלו קליני בבני אדם. מגבלות אחרות של המודל הנן (i) את אטימות הרדיו של הצלחת אשר עשוי לדרוש הסרת הצלחת לפני ניתוח vivo לשעבר μCT ועלול לסבך פרשנות לתוצאות הבחינה רדיוגרפי האורכות, (ii) חוסר היכולת לווסת נוקשות צלחת אשר עשוי להיות פרמטר מכנה מפתח עצם היווצרות 27-30.
צריך לזכור גם, כאשר באף אחת העצם isograft או פיגומים אחרים המכילים מרכיב מינרלי (סידן פחמתי במיוחד), כי להטיה מסוימת הם הציגו בתהליך פילוח ניתוח מיקרו-CT, בגלל צפיפות העצם חדשה שתוקם חלקית בחפיפה גם צפיפות צפיפות או פיגום isograft. מסיבה זו נפח העצם להשיג על ידי ניתוח מיקרו-CT בעיקר לשקף את נפח הרקמה mineralized (עצם חדשה שתוקם פלוסעצם תחליף) 11,26,31.
The authors have nothing to disclose.
המחברים מבקשים להודות רנה Bizios עבור ההערות המועילות שלה על כתב היד.
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 |