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.
대규모 골간 골 결손은 정형 외과 의사에게 큰 도전입니다. 현재 금 표준 치료로 간주자가 골 이식과 골 교체, 제한된 공급에 수확 관련 사망률과 관련이있다. 이러한 이유로 osteoconductive 지지체 골수 간엽 줄기 세포를 결합 조직 공학 뼈 구조는 정형 외과에서자가 이식을위한 대안으로 탐구하고있다.
현재까지 대부분의 연구 등 (예 : 개, 돼지, 양, 1-3 만, 작은 동물 모델에서 소성을, 분절, 임계 크기 골 결손 이러한 구조의 예비 평가 임상 적 관련 동물 모델에서 수행 된 생쥐)는 여러 가지 장점 수 : 동물의 다수가 조작 될 수있다 (II) (I) 낮은 비용; (ⅲ) 대형 동물 모델에 대하여, 마우스 균주 균질성 골격 흡수 A의 각각의 변화를 제한ND 골 형성하고; (IV)가 가장 중요한 특정 항체 및 유전자 대상 동물의 가용성은 뼈의 치유에 관여하는 생물학적 과정의 평가를 할 수 있습니다. 마지막으로, 쥐의 면역 결핍 균주의 사용은 마우스의 이상 면역 반응없이 이식 또는 인간 유래의 세포를 사용하여 연구를 할 수 있습니다.
상기의 장점에도 불구하고, 마우스에서 대규모 골간 골 결손 모델은 드물다. 이러한 모델은 대부분 (따라서 시험 될 재료의 양을 제한하는) 골수 공동을 채운다 골수 핀 뼈 고정을 사용하고 또한 회전 및 축 안정 2,4-7를 제공하지 않음으로써 재현성을 방해한다.
본 연구의 목적은 (ⅰ) 정확하고 재현성있는 잠금 플레이트 osteosynth에 의해 안정화된다 재현, 중요한 크기, 분절, 쥐에서 대퇴 결함 모델을 설명하기 위해, 임상 뼈 비 노조 상황을 흉내 낸입니다안정성이 높은 생체 역학적 환경 8-10을 제공 ESIS; (ⅱ)이 전위 골 대체물과 본 모델을 도시하고 골 형성은 그것이 사용될 수있는 분석을 설명하는 데.
정형 관련 재료 및 마우스 장치의 이소성 주입은 일반적으로 다양한 지지체 (13, 14)의 용량을 형성하는 뼈 평가를 행한다. 중요한 차이는 있지만 기본 골 형성 신호 요인과 호스트 뼈 형성 세포 분비의 상호 작용을 포함하여 자궁외 및 동 소성 모델 사이에 존재한다.
본 연구는 재현 쥐 큰 분절을 설정, 중요한 크기 대퇴 결함 (3.5 mm, 대퇴골 길이의 약 20~25%). 이러한 결함의 크기와 결과 판 고정술에 의해 제공되는 안정성을 고려하면,이 모델은 임상 적 발견 위축성 불유합 뼈 모방.
본 연구에서 선택한 수술 시간은 8 ~ 12 주 4,9,15,16 후 적절한 치료의 부족을 보여주는, 앞에서 설명한 비 노조 모델 마우스와 일치한다.
가장 중요한 것은, reprodu뼈 이식 대체물 cible 안정 고정술뿐만 아니라 안정성이 로킹 플레이트 및 ostectomy을 수행하는 지그 양자의 사용으로 유의 한 이환율 및 사망률 1,2-없이 얻었다. 이 결과는 또한 외부 고정 장치 또는 골수 손톱 하나가 4,5,17-24를 사용할 때보고 된 결과를 대조. 외부 전위 단점 포함 fixators 들어 : 강성 변동, 핀 책자의 감염, 핀 풀림은 핀 재료 (4 마우스 체중의 20 %)의 중량으로 인한 부상에서, 전위. 골수 못 들어 잠재적 인 단점은 다음과 같습니다 : 손톱과 관절 표면의 의원 성 손상과 수질 공동의 충전.
판 고정술 의해 안정화 다른 뮤린 분절, 임계 크기 결함 대퇴 1.5 내지 2 mm 길이 16,25 범위의 버어에 의해 생성 된 골 결손으로 설명되었다. 일에서전자 본 모델, 지그 및 톱 와이어의 사용은 큰 근육 외상없이 정확한 3.5 mm 길이의 ostectomy을 허용했다.
그러나, 하나는 고려 몇 가지 주요 포인트에 수행해야 할 절차를 수행하기에 성공하기 : 그렇지 않으면 플레이트가 너무 오래한다 (8 주에서 25g 또는 세 미만의 중 무게와 누드 마우스) 작은 마우스를 사용하지 마십시오. 대퇴 뼈에 접근 할 때, 꼬리 쪽 좌골 신경 말단 관절 캡슐을 모두 유지하기 위해주의를 기울입니다. 대퇴골의 전방 측면에 플레이트를 적용하고 판의 배향이 제 나사의인가에 의해 결정되기 때문에,이 제 나사를 삽입 할 때 대퇴부에 평행 판의 위치를 알아서.
ostectomy하기 전에 근육의 외상을 방지하기 위해 골간의 중간에서 대퇴골의 원형 절개를 수행하도록주의하십시오. ostectomy을 수행 할 때, 의사의 조수 단단히 가이드와 쉬르을 보유해야geon 일정한 안정 장력을인가하면서 (ii) 상기 선재의 중간 2/3을 사용하고, (ⅲ) 직선 뼈 절단을 얻기 위해 과도한 움직임을 방지하기 위해, 톱날 와이어 얽힌 않도록주의 (I)이어야한다.
본 모델은 골 이식이 사용됩니다 제공에 뼈 치유가 가능합니다. 또한,이 모델은 인간 기원의 이식 또는 세포 하나가 잘 표준화, 큰, 분절, 골 결손에 사용되는 골 교체 전략에 관여하는 메커니즘의 추가 연구를 할 수 있습니다.
또한, 정제 및 정형 관련 연구에서 동물의 사용 감소를 요구하는 현재의 추세에 맞춰,이 모델은 이러한 생물 발광 등의 생체 영상 기술과 함께 사용될 수있다. 이러한 비 침습적 방법은 동물의 희생 없이도 26 모두 이식 세포의 생존과 조직 치료를 모니터링 할 수 있습니다.
본 모델의 주요 제한 사항이 모두 있습니다하중 조건들이 완전히 인간 임상 발생들을 모방하지 않으므로 만들어진 골 결손의 볼륨. 모델의 다른 제한은 (I)의 생체 μCT 분석 전에 플레이트의 제거를 필요로 할 수 있으며, 길이 방사선 투과 검사 결과 해석을 복잡하게 판의 무선 불투명도이다 (ⅱ) 판의 강성을 조절하는 무능력을하는 골 형성 27-30에서 핵심 기계 매개 변수 일 수있다.
뼈 isograft 또는 (특히 탄산 칼슘) 미네랄 성분을 함유하는 다른 지지체를 사용할 때 새롭게 형성된 골밀도 부분적으로 중첩 한 것이기 때문에, 어떤 바이어스 마이크로 CT 분석 분할 공정에 도입되어, 또한 명심해야 isograft 밀도 또는 비계의 밀도 중 하나. 골 부피는 마이크로 CT 분석으로 수득 이러한 이유로 주로 광물 조직 (새로 형성된 뼈의 양을 반영 플러스뼈 대체) 11,26,31.
The authors have nothing to disclose.
저자는 원고에 그녀의 소중한 의견 레나 Bizios을 감사드립니다.
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 |