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.
ضخمة عيوب العظام جدلي تشكل تحديا كبيرا لجراح العظام. استبدال العظام مع الكسب غير المشروع العظام ذاتي، والذي يعتبر حاليا منصب المعاملة معيار الذهب، في العرض المحدود ويترافق مع اعتلال المتعلقة الحصاد. لهذه الأسباب، تم استكشاف يبني العظام الأنسجة المهندسة الجمع بين خلايا نخاع العظام الجذعية الوسيطة مع السقالات عظمي كبديل للطعم ذاتي في جراحة العظام.
حتى الآن، فإن معظم الدراسات قد أجريت في النماذج الحيوانية سريريا ذات الصلة مثل الكلاب والخنازير والأغنام 1-3، ولكن تقييم أولي لهذه البناءات في، قطعي، عيوب العظام الحجم الحرج مثلي في نماذج الحيوانات الصغيرة (مثل الفئران) يمكن أن يكون العديد من المزايا: (ط) نفقات منخفضة، (ب) أعداد كبيرة من الحيوانات يمكن تشغيلها. (ج) وعلى النقيض من نماذج حيوانية كبيرة، تجانس سلالات الفئران يحد الاختلافات الفردية في سقالة ارتشاف لالثانية تكوين العظام و. (د) الأهم من ذلك، توفر الأجسام المضادة المحددة والحيوانات المستهدفة الجينات يمكن تقييم عملية بيولوجية تشارك في التئام العظام. وأخيرا وليس آخرا، واستخدام سلالات من الفئران العوز المناعي يمكن أيضا الدراسات التي تستخدم إما ترقيع أو خلايا المنشأ البشري دون الاستجابات المناعية الضارة في الفئران.
على الرغم من المزايا المذكورة أعلاه، ضخمة جدلي نماذج عيب العظام في الفئران متفرق. معظم هذه النماذج استخدام تثبيت العظام مع دبوس داخل النخاع الذي يملأ تجويف نخاع العظم (وبالتالي الحد من حجم المواد لفحصها) وأيضا يعيق استنساخ من خلال عدم توفير التناوب والمحوري الاستقرار 2،4-7.
أهداف الدراسة الحالية هي (ط) محاكاة العظام السريري الوضع غير النقابي، لوصف استنساخه، الحرجة الحجم وقطعي، نموذج عيب الفخذ لدى الفئران، التي استقرت دقيقة واستنساخه قفل لوحة osteosynthESIS التي توفر بيئة النشاط الحيوي درجة عالية من الاستقرار 8-10. (ب) لتوضيح النموذج الحالي مع اثنين من بدائل العظام المحتملة ووصف تكوين العظام ويحلل التي يمكن استخدامها.
يتم تنفيذ زرع خارج الرحم من المواد ذات الصلة العظام والجهاز في الفئران عادة لتقييم العظام تشكيل قدرات مختلفة السقالات 13،14. ومع وجود اختلافات هامة بين النماذج خارج الرحم ومثلي، بما في ذلك العوامل المكونة للعظم الإشارات المحلية والتفاعلات نظير الصماوي مع الخلايا المكونة للعظام المضيف.
هذه الدراسة تؤسس استنساخه قطعي كبير الفئران، الحجم الحرج عيب الفخذ (3.5 ملم، ما يقرب من 20-25٪ من طول عظم الفخذ). بالنظر إلى حجم هذا عيب والاستقرار الذي توفره لوحة تثبيت طرفي العظم الناتجة، وهذا نموذج يحاكي العظام الضموري غير الاتحاد سريريا واجهتها.
الفترة الزمنية اللاحقة للعمليات الجراحية المختارة في هذه الدراسة، هي في خط مع سبق وصفها الفئران نماذج غير النقابية، مما يدل على عدم وجود الشفاء الكافي بعد 8 إلى 12 أسابيع 4،9،15،16.
الأهم من ذلك، reproduوقد تم الحصول على cible ومستقر تثبيت طرفي العظم، وكذلك الاستقرار في بدائل العظام زرعها دون قسط كبير من المراضة والوفيات 1،2 مع استخدام كل لوحة القفل ورقصة لأداء ostectomy. هذه النتيجة تتناقض أيضا النتائج المعلنة عندما استخدمت إما المثبتة الخارجية أو مسمار داخل النخاع 4،5،17-24. لالمثبتات الخارجية وتشمل العيوب المحتملة: التباين في وصلابة، والتهابات المسالك الدبابيس، وتخفيف من المسامير وإمكانيات الإصابات الناجمة عن المسامير ووزن المواد (4-20٪ من وزن جسم الفأر). لمسمار داخل النقي وتشمل العيوب المحتملة: ملء تجويف النخاع مع مسمار والضرر علاجي المنشأ من السطوح المفصلية.
وقد وصفت قطعي الفئران، الحرجة حجم العيوب الفخذ أخرى استقرت لوحة تثبيت طرفي العظم مع خلل العظام إنشاؤها بواسطة لدغ وتتراوح ما بين 1.5 إلى طول 2 ملم 16،25. في الالبريد النموذج الحالي، واستخدام رقصة وسلك رأى سمح ostectomy دقة 3.5 ملم طويلة دون عضلات كبيرة الصدمة.
ومع ذلك، لتحقيق النجاح في تنفيذ الإجراء ينبغي لأحد أن يأخذ على الاعتبار عدة نقاط رئيسية: عدم استخدام الفئران الصغيرة (الفئران عارية إما مع وزن تحت 25 غراما أو تقل أعمارهم عن 8 أسابيع) على خلاف ذلك ينبغي أن تكون لوحة وقتا طويلا. عندما تقترب من عظم الفخذ، نحرص على الحفاظ على كل من العصب الوركي caudally وكبسولة المفصل بشكل أقصى. تطبيق لوحة على الجانب الأمامي من عظم الفخذ ومنذ يتم تحديد محاذاة لوحة من خلال تطبيق هذا المسمار الأول، الحرص على وضع مواز لوحة لعظم الفخذ عند إدخال هذا المسمار الأول.
قبل اتخاذ ostectomy، نحرص على إجراء تشريح دائري من عظم الفخذ في منتصف diaphysis لتجنب الصدمة العضلات. عند تنفيذ ostectomy، يجب مساعد الجراح اعتقادا راسخا في دليل وسوريجب أن يكون حذرا جيون (ط) عدم تشابك الأسلاك المنشار، (ب) لاستخدام الوسط ثلثي السلك أثناء تطبيق التوتر ثابت ثابت، و (ج) لتجنب الحركة الزائدة للحصول على قطع العظام على التوالي.
التئام العظام ممكن في النموذج الحالي بشرط ان يتم استخدام الكسب غير المشروع العظام. وعلاوة على ذلك، هذا النموذج يسمح مزيد من الدراسات من الآليات التي تشارك في استراتيجيات استبدال العظام عند استخدام إما الأصل الإنساني ترقيع أو الخلايا في المنمط جيدا، كبيرة، قطعي، عيب العظام.
وبالإضافة إلى ذلك، في خط للاتجاهات الحالية تتطلب الصقل والحد من استخدام الحيوانات في البحوث المتعلقة العظام، وهذا النموذج يمكن استخدامها جنبا إلى جنب مع في الجسم الحي تقنيات التصوير مثل تلألؤ بيولوجي. هذه التقنيات غير الغازية تسمح بمراقبة كلا بقاء الخلية المزروعة وشفاء الأنسجة دون الحاجة إلى التضحية الحيوانية 26.
القيود الرئيسية من النموذج الحالي هي كل منشروط الحاملة وحجم الخلل العظام التي تم إنشاؤها لأنها لا تحاكي تماما تلك التي واجهتها سريريا في البشر. قيود أخرى من طراز هي (ط) الراديو-التعتيم من لوحة والتي قد تتطلب إزالة لوحة قبل فيفو السابقين μCT تحليل وقد يعقد تفسير نتائج الفحص الشعاعي طولية، و (ب) عدم القدرة على تعديل لوحة تصلب التي قد تكون معلمة الميكانيكية الرئيسية في تكوين العظام 27-30.
يجب على المرء أن نأخذ في الاعتبار أيضا، عند استخدام أي طعم إسوي العظام أو السقالات أخرى تحتوي على مكون المعدنية (على وجه التحديد كربونات الكالسيوم)، التي يتم تقديمها بعض التحيز في عملية تجزئة التحليل الجزئي CT، بسبب كثافة العظام التي تشكلت حديثا تتداخل جزئيا مع إما كثافة طعم إسوي أو كثافة سقالة. لهذا السبب، فإن حجم العظام الحصول من خلال تحليل-CT الجزئي تعكس في الغالب حجم الأنسجة المعدنية (العظام التي شكلت حديثا زائدالعظام بديلا) 11،26،31.
The authors have nothing to disclose.
الكتاب أود أن أشكر رينا Bizios لها تعليقات قيمة على المخطوطة.
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 |