Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
JoVE Journal Medicine
Click here for the English version

Medicine

Fraktur apparater Nätbyggnad protokoll för stängt-stabiliserad frakturer hos gnagare

Published: August 14, 2018 doi: 10.3791/58186
Automatic Translation
1,2, 3, 4, 2
1College of Osteopathic Medicine, Michigan State University, 2Department of Orthopaedic Surgery, University of Michigan Medical School, 3Lymann Briggs College, Michigan State University, 4College of Engineering, Michigan State University

Summary

Syftet med protokollet är att optimera parametrarna fraktur generation för att ge konsekvent frakturer. Detta protokoll står för variationer i ben storlek och morfologi som kan finnas mellan djur. Dessutom beskrivs en kostnadseffektiv, justerbar fraktur apparatur.

Abstract

Den tillförlitliga generationen av konsekvent stabiliserad frakturer i djurmodeller är viktigt för att förstå biologin av ben och utveckla therapeutics och enheter. Dock plågas finns skada modeller av inkonsekvens vilket resulterar i slöseri djur och resurser och ofullkomlig data. För att lösa problemet med fraktur heterogenitet, är syftet med den metod som beskrivs häri att optimera fraktur generation parametrar specifika för varje djur och ge ett konsekvent fraktur läge och mönster. Detta protokoll står för variationer i ben storlek och morfologi som kan finnas mellan mus stammar och kan anpassas för att generera konsekvent frakturer i andra arter, såsom råtta. Dessutom beskrivs en kostnadseffektiv, justerbar fraktur apparatur. Jämfört med nuvarande stabiliserad fraktur tekniker, visar optimering protokollet och ny fraktur apparaten ökad konsekvens i stabiliserad fraktur mönster och platser. Med optimerade parametrar som är specifika för provtypen, den beskrivna protokoll ökar precisionen av inducerad trauman, minimera fraktur heterogenitet vanligen observerats i stängt-fraktur generation förfaranden.

Introduction

Forskning om frakturläkning är nödvändigt att ta itu med ett stort kliniska och ekonomiska problem. Varje år över 12 miljoner frakturer behandlas i USA1, kostar 80 miljarder dollar per år2. Sannolikheten för en manlig eller kvinnlig lidande en fraktur under sin livstid är 25% och 44%, respektive3. Problemen med frakturläkning förväntas öka med ökad samsjuklighet som befolkningen åldras. För att studera och ta itu med detta problem, krävs robusta modeller av fraktur generation och stabilisering. Gnagare modeller är idealiska för detta ändamål. De ger klinisk relevans och kan ändras till adress särskilda villkor (dvs., flera skador, öppna, slutna, ischemisk och infekterade frakturer). Förutom att replikera klinisk scenarier, är djur fraktur modeller viktiga för att förstå ben biologi och utveckla therapeutics och enheter. Försök att studera skillnader mellan interventioner kan dock kompliceras av det variabilitet som införs genom inkonsekvent fraktur generation. Generera reproducerbara och konsekvent slutna frakturer i djurmodeller är således viktigt att muskuloskeletala forskningsområdet.

Trots korrekt kontrollera för potentiella ämne heterogenitet genom att säkerställa lämplig genetisk bakgrund, kön, ålder och miljöförhållanden, tillverkning av kliniskt relevanta konsekvent ben skador är en viktig variabel som påverkar reproducerbarhet som måste kontrolleras. Statistiska jämförelser med inkonsekvent frakturer plågas med experimentella buller och hög variabilitet4; Dessutom kan fraktur variabilitet leda till onödiga animaliska döden på grund av behovet att öka stickprovsstorleken eller nödvändigheten av att avliva djur med finfördelade eller malpositioned frakturer. Syftet med den metod som beskrivs häri är att optimera parametrarna fraktur generation som är specifika för Provtyp och ge ett konsekvent fraktur läge och mönster.

Aktuella modeller av fraktur generation falla i två breda kategorier, var och en med sina egna styrkor och svagheter. Öppna-fraktur (osteotomi) modeller opereras för att exponera ben, varefter en fraktur induceras genom att skära benet eller försvaga det och sedan manuellt bryta5,6,7,8. Fördelarna med denna metod är direkt visualisering av frakturstället och ett mer konsekvent fraktur läge och mönster. Fysiologiska och kliniska relevansen av strategin och mekanismen av skada är dock begränsad. Dessutom kräver öppna metoder för fraktur generation en kirurgisk metod och stängning med långa perioder under vilken gnagare är utsatta för en ökad risk för kontaminering.

Stängda tekniker ta itu med många av den öppna tekniken begränsningar. Stängda tekniker producera frakturer med hjälp av ett externt tillämpad blunt force trauma som inducerar skador på ben och omgivande vävnader, mer liknande de som setts i mänskliga kliniska skador. Den vanligaste metoden beskrevs av Bonnarens och Einhorn i 19849. De beskrev en vägda giljotin som används för att förmedla trubbigt trauma för att bryta benet utan att orsaka någon yttre hudsår. Denna metod har allmänt antagits för att studera effekten av genetik10,11, farmakologisk terapi12,13,14,15, mekanik16, 17, och fysiologi18,19,20 ben healing på möss och råttor. Fördelen med stängda metoder är fysiologiskt relevanta frakturer, är experimentell reproducerbarhet och noggrannhet begränsade av fraktur heterogenitet. Den inkonsekventa fraktur generationen resulterar i en begränsad mellan-grupp-differentiering, förlorade exemplar och en ökning av djur som behövs för att uppnå statistisk signifikans.

Kontroll av variabiliteten i fraktur generation och stabilisering är viktigt att ge meningsfulla resultat. För att korrekt studera biologi frakturreparation, behövs en enkel men robust fraktur modell. Modellen bör översättas till gnagare, ben typer (lårbenet eller tibiae, till exempel), och över rörlig mus genetiska bakgrunder och inducerade mutationer. Dessutom bör perfekt förfarandet vara tekniskt enkel och producera konsekventa resultat. Till adress fraktur heterogenitet, den metod som beskrivs häri är byggandet av en väl kontrollerad fraktur-enhet som kan användas för att optimera parametrar och generera konsekvent slutna frakturer oavsett ålder, kön eller genotyp.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

Detta protokoll har utvecklats för att säkerställa att djur används inte i onödan och slipper all onödig smärta och nöd; Det följer alla tillämpliga federala, delstatliga, lokala och institutionella lagar och riktlinjer för forskning på djur. Protokollet har utvecklats under ledning av ett universitet i hela laboratorium djur medicin Program regisserad av veterinärer specialiserade inom laboratoriemedicin djur. Protokollet var granskas och godkänns av institutionella djur vård och användning kommittén (IACUC).

1. fraktur tornet konstruktion

Obs: Alla delar listas i avsnittet material (Tabell för material). Detaljerade tekniska ritningar tillhandahålls för de bearbetade och 3D-tryckta delarna i kompletterande siffrorna 1-12. Detaljsammansättning tekniska ritningar omfattar fästelement Detaljer för alla monterade delar (kompletterande siffrorna 1, 2, 7 och 9).

  1. Stöd detaljsammansättning
    Obs: För en teknisk ritning av den stöd detaljsammansättning, se kompletterande Figur1.
    1. Bifoga det Beam Support--käken avsnitt vid mittpunkten av Beam Support--horisontell sektion.
    2. Tillmäta den övre ytan- Beam Support--käken avsnitt2 i Beam Support--horisontell sektionfrån Beam Support--vertikal 1 .
    3. Fäst Beam Support--vertikal 2 ovansidan av Beam Support--horisontell sektion vid mittpunkten (7 i från slutet).
    4. Fäst den balk, stöd--plattan montera slutet av både Beam Support--vertikal 1 och Beam Support--vertikal 2. I slutet av plattan stöd bör vara jäms med baksidan av Beam Support--vertikal 2.
  2. Ram detaljsammansättning
    Obs: För en teknisk ritning av den ram detaljsammansättning, se kompletterande diagram 2.
    1. Maskin i Block stoppa och Block Guide (kompletterande diagram 3). Rod Ram (kompletterande diagram 4). skruv justering (kompletterande figur 5). och den platta montering (kompletterande diagram 6).
    2. Bifoga den Plattan montering i Beam Support--plattan montera på den stöd detaljsammansättning.
    3. I följande ordning, Skjut den första Linjära ärm bär; blockera Guide. den andra Linjära ärm bär; och Block sluta på Rod Ram. Koppla guider och block till den Plattan montering.
    4. Tillmäta den gängade delen av Rod Ramtre ⅜-i nötter. Man bör vara jäms med slutet av staven att engagera sig med elektromagneten. De andra 2 kommer att användas för att justera djupet fraktur.
    5. Justera grove i Rod Ram att möta fram och infoga Justering skruv i det gängade hålet av Block Guide.
  3. Magnet detaljsammansättning
    Obs: För en teknisk ritning av den magnet detaljsammansättning, se kompletterande diagram 7.
    1. Löda elektromagneten leder till tråd (polaritet är inte en faktor för elektromagnet drift). Tillåt tillräckligt längd att nå golvet, där fraktur enheten kommer att placeras. Använd zip band eller en annan form av koppling till stress lindra tråd.
    2. Remsa av Power Supplyslutet och Anslut den till Fotpedal. Slutligen ansluta kabeln till Fotpedalen i en ”off” (normalt öppen) konfiguration. Testa kretsen för att säkerställa elektromagneten är på när Fotpedalen inte trycks. Detta kommer att hålla ram upp före frakturen.
    3. Skriva ut Mount Magnet (kompletterande siffror 8A och 8B) använder en additiv tillverkning, eller maskin del av aluminium.
    4. Fäst elektromagneten Mount Magnet.
    5. Sätt 2 hörnhållarna Beam Support--Magnet.
    6. I följande ordning, tråd Rod Magnet genom övre Hörnet fäste och lägga till en ¼-i muttern; Mount Magnet; två ¼-i nötter; och nedre Hörnet fäste. Säkra församlingen med två ¼-i nötter i varje ände.
  4. Kompletta enheter
    Obs: För en teknisk ritning komplett församling, se kompletterande diagram 9.
    1. Fäst den Magnet detaljsammansättning den övre ytan av balk, stöd--plattan montera.
    2. Justera uppriktning av Beam Support--Magnet så att magneten engagerar med Rod, Ram.
      Obs: Om staven inte släpper när fotpedalen är nedtryckt, minska kontaktytan mellan elektromagneten och staven genom att flytta Strålen stöd--Magnet.
    3. Maskin i parentes ben käken (kompletterande diagram 10).
    4. Fäst två Fästen ben käken Beam Support--käken avsnitt. När sjönk, bör spetsen av ram vara på samma avstånd från varje käken.
    5. Placera den Plattform fraktur (kompletterande siffror 11A och 11B) ovanför käftarna.
    6. Skriva ut Jiggen positionering fraktur (kompletterande siffror 12A och 12B) och Jigg Pin Gauge (kompletterande siffror 13A och 13B) använder en additiv tillverkning, eller maskin de delar av aluminium.
      Obs: Måtten på jiggar kommer att beräknas i optimering steg beskrivs i steg 2.
    7. Fäst den Jig positionering fraktur plattform fraktur.
    8. Bekräfta att djupet av effekten kan justeras med två stopp muttrarna på Rod Ram.
    9. Bekräfta att hastigheten på effekten kan justeras genom att flytta Mount Magnet upp och ner.
    10. Bekräfta att bredden på frakturen kan justeras genom att flytta Parentes ben käken närmare eller längre ifrån Rod Ram.

2. fraktur optimering

  1. Fraktur läge
    1. Erhålla röntgenbilder av extremiteten (lårbenet eller skenbenet) att vara splittrat i ett representativt urval av 5 euthanized djur.
      Obs: Urvalet bör anpassas till de exemplar, som kommer att användas i den experimentellt protokoll baserat på ålder, genotyp och kön. Även om slutprotokollet efterlyser bara en bruten lem, kommer båda prov lemmar att användas.
    2. Placera extremiteten tangentiell till röntgen balken att förvärva sant-laterala och främre/bakre visningar på benet. Placera ett objekt av kända dimension på imaging planet att tillhandahålla en skala för analys.
    3. Obs: Om imaging lårbenet, säkerställa extremiteten är i full förlängning, där lårbenet är i samma axial plan som skenbenet.
    4. Markera önskade läge av frakturen på röntgenbild av lemmen vara brutna (figur 1A - streckad linje). Mät från calcaneal-tibial leden till samma nivå som den Markera frakturen (figur 1A). Beräkna genomsnittlig fraktur längden (FL) för alla prov exemplar. Mät från intercondylar skåran för lårben frakturer.
  2. Fraktur-positionering jigg
    1. Mät avståndet från utsidan av ett stöd städet till mitten av giljotinen inverkan (CGI) (figur 2). Subtrahera CGI från FL, beskrivs i steg 2.1.4, att beräkna fraktur-positionering jig djupet (JD). Maskin eller 3D-print en U-formad kanal med en höjd och bredd lika med städet, och ett djup som är lika med JD (figur 3A). Ett prov teknisk ritning och CAD-filen ingår i kompletterande siffror 12A och 12B.
      Obs: När lemmen placeras i jiggen, dorsum av foten ska ligga mot ytan längst från giljotin inverkan. Ändra den U-formade kanalen om ytterligare clearance krävs för extremiteten.
    2. Placera provet i fraktur apparaten i liggande läge för lårben frakturer eller i ryggläge för tibiafrakturer (figur 4). Tryck på dorsum av foten mot slutet av jiggen fraktur-positionering. Manuellt sänka giljotinen tills extremitetsfrakturer. Skaffa en röntgenbild av fractured lemmen att bekräfta platsen Jigg för storlek och fraktur (bild 2B).
    3. Öka JD fraktur är alltför distalt på benet, eller minska JD fraktur är alltför proximala på ben.
  3. Stabilisering av parametrarna pin
    1. Pin längd: Använder de röntgenbilder som erhölls i steg 2.1, mäta lem längd (LL) från tibial platån till nivån för den bakre fotknölen för tibiafrakturer eller intercondylar skåran att ju större trochanter för lårben frakturer. Multiplicera ben längd 0,9 att beräkna pin längd (PL) (figurerna 1A och 3B).
    2. Fästa bredd: Använder de röntgenbilder som erhölls i steg 2.1, mäta medullär Minimidiametern (MD) i det brutna armar och ben (figur 1A). Välj en nål med en mätare som ungefär motsvarar den medullär diametern och en längd mer än 1.5 x PL.
      Obs: En ungefärlig pin storlek för en 14 veckor gamla C57BL/6J mus är 22 G, 1½ i och 27 G, 1¼ i för lårben och skenben, respektive.
  4. PIN-skärande mätare
    1. 2.4.1. maskin eller 3D-print en mätare med en längd som är lika med PL minus nål längd (CGL) (figur 3B; Kompletterande siffror 13A och 13B). Ena änden ska ha ett överhäng vilar mot navet i nålen och den andra bör ange där PIN-koden ska klippas. Ett prov teknisk ritning och CAD-filen ingår i kompletterande siffror 13A och 13B.
  5. Intramedullära stift fraktur stabilisering
    1. Med de icke-brutna rättegång proverna från steg 2.1, ta bort hår med en elektrisk clipper eller hårborttagningsprodukter kräm från mitten av tibia till mitten av lårbenet, utsätta knäleden.
    2. Tibia fästa: nålen perkutant sidled till patellar ligament. Tillbaka patellar ligament medialt och justera toppen av nålen till axeln av skenbenet. Använda en brotschning rörelse, försiktigt bryter tibial platån och guida nålen ner märghålan.
    3. Lårbenet fästa: nålen perkutant sidled till patellar ligament. Tillbaka patellar ligament medialt och justera toppen av nålen till axeln av lårbenet i intercondylar skåran. Använda en brotschning rörelse, försiktigt bryter artikulära ytan av intercondylar skåran och guida nålen ner märghålan.
    4. Använda mätaren tillverkas i steg 2,4, bunt tills nålen är lika med mätare längden. Dra tillbaka nålen för att ge tillräckligt med utrymme (~ 3 mm) för att sänka nålen vid den nivå som anges av mätaren.
      Obs: Var noga med att hålla den proximala (plast) änden av nålen samtidigt skär, så det inte blir en farlig projektil.
    5. Crimp 0,3 mm av den distala änden av PIN-koden använder en PIN-fräs och sedan klippa stiftet på nivån för mätaren. Sjunka PIN-koden till den artikulära ytan med ett spö med en diameter 1,5 x större än diametern på nålen.
      Obs: Falsning förhindrar rotation av nål och migration genom att öka den nål-ben-kontakten.
    6. Erhålla röntgenbilder för att bekräfta nålen utökar medullär kanalen i lem längd och inte sticker ut från den proximala eller distala änden (figur 1C).
  6. Påverkan djup
    1. Använder de röntgenbilder som erhölls i steg 2.1, Mät diametern på cortex på nivån för den önska frakturen (figur 1A). Beräkna den genomsnittliga kortikala diametern (CD) för alla prov exemplar.
    2. Placera ett fästa rättegång prov från steg 2.5 i enhetens fraktur med jiggen fraktur-positionering tillverkas i steg 2.2. Vila inverkan ram på den oskadd lem.
      Obs: Låt inte ram till släpp; benet bör förbli intakt under optimering steg.
    3. Applicera tillräckligt nedåtriktad kraft på ram att komprimera mjuk vävnad, men inte fraktur på benet. Justera påverkan djup (ID) till 0,75 x CD (figur 2).
      Obs: Idealisk inverkan djupet är 0,5 x CD när spräckning ett ben utan några mjukdelar. Med 0,75 konton för ytterligare mjukvävnad komprimering.
  7. Anvil bredd
    1. Ange anvil bredden (AW) till 0,4 cm för mus tibia eller lårbenet (figur 2).
      Obs: En bredare bredd rekommenderas för större prover såsom råttor.
  8. Ram vikt
    1. En minsta vikt för 250 g rekommenderas för murina exemplar.
      Obs: Extra vikt kan gängas på ram för större exemplar (figur 2).
  9. Islaghastighet
    1. Inställd drop höjden (DH) på 2 cm (figur 2). Placera kolven i startläget genom att ansluta det till aktiverat elektromagneten.
    2. Placera en rättegång lem i fraktur apparaten. Tryck på dorsum av foten mot jiggen fraktur-positionering tillverkas i steg 2.2. Kort tryck ner fotpedalen för att frigöra ram och sedan återställa det till sin startposition.
    3. Röntgenbild påverkade rättegång extremiteten. Analysera extremiteten för några tecken på en fraktur (figur 1D).
      Obs: Detta kan vara subtila när låga hastigheter med en kontrollerad inverkan djup.
    4. Om ingen fraktur genereras, upprepa steg 2.9.1 - 2.9.3 och öka fallhöjden med 2 cm.
    5. Om en fraktur genereras, spela in fallhöjden och multiplicera det med 1.1. Detta är den nya DH.
    6. Använda DH från steg 2.9.5, fraktur nästa rättegång extremiteten.
    7. Om ingen fraktur genereras, upprepa steg 2.9.1 - 2.9.6 och öka fallhöjden med 2 cm.
    8. Om en fraktur är genererade, upprepa steg 2.9.6 - används 2.9.7 tills alla prover. Registrera den slutliga DH och alla parametrar (FL, CGI, JD, PL, MD, PS, CGL, CD, ID, AWoch RW) från optimering. Registrera de rättegång proverna ålder, kön, genotyp och vikt.

3. stängt-stabiliserad fraktur Generation

  1. Set-up
    1. Sterilisera all utrustning och instrument via autoklav, heta pärla nedsänkning eller motsvarande.
    2. Placera ett värmeelement på tabellen kirurgiska och ange det till optimal temperatur. Täcka elementet med en kirurgisk drapering. Förbered 3 x 3 i2 av kirurgiska draperi med en 0,75 cirkel utskuren i mitten.
    3. Bekräfta justeringen av fraktur tornet innan varje prövning (figur 2). Ange ID, AW, RW, och DH att värdena härrör från optimering protokollet särskilda till kön, ålder och genotyp för preparatet till studeras.
    4. Väga och registrera vikten av djuret.
  2. Kirurgi
    1. Adekvat lugna musen använder inhalationsmedel anestetika (isofluran: 4-5% för induktion; 1-2% för underhåll) eller en annan etablerad laboratorium anestesi protokoll. Andningsfrekvensen bör vara 55-100 andetag/min. Djuret bör inte lyhörda för en bakbenen tå nypa.
    2. Administrera den första dosen av den postoperativ analgesi buprenorfin (0,1 mg/kg subkutant).
    3. Tillämpa okulär smörjning för att förebygga korneal torkning.
    4. Ta bort djurets hår med en elektrisk klippare från mitten av tibia till mitten av lårbenet, utsätta knäleden. Ren platsen för överflödigt hår med icke-reaktivt tejp. Förbereda fastnålnings platsen med en våt bomullstuss fuktad med 70% EtOH. Upprepa vid behov för att ta bort allt hår från området snitt.
    5. Förbered och rengör området fastnålnings med alternativa kompresser av povidonjod och 70% EtOH. Använda två alternativa provstickan sekvenser för att säkerställa steriliteten.
    6. Ett draperi sedan placeras runt operationsområdet efter att huden har desinficerats på lämpligt sätt.
    7. Fästa den lem att vara brutna med hjälp av protokollet som beskrivs i steg 2.5. Förvärva röntgenbilder för att bekräfta PIN-koden utökar längden på den medullär kanalen men inte sticker ut från den proximala eller distala änden.
    8. Aktivera elektromagneten och Anslut inverkan ram för att placera det i utgångsläget.
    9. Placera provet i fraktur apparaten genom att placera det i en liggande ställning för lårben frakturer eller i ryggläge för tibiafrakturer. Fästa extremiteten bör placeras över städ och i jiggen fraktur-positionering med dorsum av foten pressas mot utsidan av jiggen.
    10. Medan att trycka foten med ena handen och garanterar endast lem i effekt ram målområdet, kort tryck ner fotpedalen för att frigöra ram. Byt ram i startpositionen.
    11. Förvärva röntgenbilder och bekräfta fraktur plats och typ.
  3. Postoperativ management
    1. Övervaka djuret varje 15 min under sin återhämtning från anestesi tills djuret är vid medvetande, kan underhålla sternala koordinationsrubbning och är ambulatory. Bekräfta att djuret förmår att ambulate under en 72-h.
    2. Hus djur individuellt förrän det har återhämtat sig helt.
    3. Upprätthålla analgesi under en 48-h med buprenorfin (0,1 mg/kg subkutant) administreras varje 12 h.
    4. Övervaka och registrera hälsostatus för djuret dagligen i 7-10 d eller tills dödshjälp.
  4. Efter fraktur analys
    1. Mäta FL, PL, CD, MD, och mönstret fraktur. Spela in måtten i en master-datafil.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

Giljotinen tidigare använt i vårt laboratorium utvecklades 2004 och var baserade på modeller som publiceras av Einhorn21. Konstruktionen tillät inte justeringar att på lämpligt sätt redovisa eventuella skillnader i ben morfologi och tillät inte en reproducerbar positionering av extremiteten. Dessutom krävs tidigare apparaten två personer för att driva den. Därför vi utformade, konstruerade och byggde en ny fraktur apparatur. Viktigaste målet var möjligheten till HiFi-justering av fraktur djup, få effekt styrka, tre kontaktpunkter, och djurs positionering. Designen är baserad på en fraktur apparatur som beskrevs av Marturano 200822. En begränsande faktor i deras utformning var kopplingen mellan fraktur djupet och påverkar hastigheten. Islagshastighet kunde inte justeras utan att ändra fraktur djupet och djurens placering. Detta gjorde det omöjligt att ändra bara en variabel i taget när du optimerar parametrarna fraktur. Dessutom det inte ger ett sätt att enkelt justera placeringen av en fraktur i en lång ben. Ändra hur djupet av frakturen och ram-hastighet justeras, ger utförande presenteras här en högupplöst, oberoende justering av alla frakturvariabler. Dessutom apparaten kan användas av en enskild användare, det är kostnadseffektivt och det möjliggör justerbar djur positionering för att skapa platsspecifika frakturer.

En optimering av tibiafrakturer hos 17-vecka-gammal C57BL/6J hanmöss utfördes med hjälp av fem exemplar. Målet var att generera enkla tvärgående frakturer bara under nivån för införande av fibula i skenbenet. Webbplatsen för distala tibia är en vanlig plats för mänskliga benbrott som resulterar i icke-unionen, ger en homogen region av skenbenet och dessutom undviker komplikationer i analysen är associerad med fibula skador. Möss var euthanized och röntgenbilden. Genomsnittlig FL från calcaneal-tibial leden i den distala delen av införandet av fibula i skenbenet var 0.556 ± 0,025 cm. använder en anvil bredd 0,4 cm, CGI var 0,2 cm, från vilken en JD 0,356 cm beräknades. En positionering jigg konstruerades med datorstödd design mjukvara och skrivas ut med en upplösning på 0,01 mm i akrylnitril butadien styren (ABS) med hjälp av en 3D-skrivare (figur 3B). Använda en rättegång tibia, jig utformningen och placeringen av frakturen bekräftades av röntgenbild (figur 1B).

För de resultat som presenteras häri, PL beräknades vara 1.579 cm, baserat på 90% av genomsnittlig tibial längd (1.754 ± 0,031 cm). Den genomsnittliga medullär diametern (MD) var 0,05 cm. En nål storlek 27 G x 3,175 cm valdes att överstiga den nödvändiga PL och fyll den intramedullära kanalen (27 G = 0,041 cm). En skärande mätare byggdes med en längd på 1.596 cm att avgränsa nivån på pin skärning (figur 3B). Var och en av de återstående nio tibiaena var sedan Fäst. Den genomsnittliga kortikala diametern var 0,098 cm, som användes för att beräkna en inverkan (ID) 0.073 cm djup.

Den inledande tibia påverkades vid en fallhöjd på 1 cm, vilket resulterade i ingen fraktur. Fallhöjden ökade med 1 cm till 2 cm. Den nya höjden resulterade i en enkel tvärgående fraktur. För den efterföljande frakturen ökade fallhöjden med 10% till 2,2 cm. Detta producerade en enkel tvärgående fraktur på första droppen. Alla återstående skenbenet splittrat på 2,2 cm. Totalt resulterade 9/9 (100%) av fästa och brutna skenbenet i enkla tvärgående frakturer utan pin böjning. Procentandelen av experimentella pin längd till målet pin längd och experimentella fraktur längden till målet fraktur längd var 101,1% och 97.6%, respektive. De slutliga parametrarna redovisas i tabell 1, som även omfattar representativa lårbenet data.

Med optimerade parametrar utvecklat ovan, genomfördes en studie för att jämföra före och efter optimering frakturer. Retrospektiv röntgenbilder erhölls från tidigare tibiafrakturer som genererades i vårt labb med hjälp av en enkel giljotin21 utan optimering. Tibiaena var kort, fästa med hjälp av en 0,029-cm tråd. Tråden var isatt tills motstånd var klädde med filt, indragen 3 mm, skär, och drivs på plats. Därefter placerades musen under giljotinen med islagspunkten ungefär vid införandet av fibula i skenbenet. Giljotinen togs sedan bort från en nivå av 10 cm. En ytterligare datamängd av frakturer samlades som genererades med hjälp av justerbara giljotinen och parametrar som härrör från protokollet optimering (tabell 1). Varje grupp innehöll 58 frakturer i 14 veckor gamla, genotyp-matchade möss. Radiographsna analyserades för experimentell fraktur längd (EFL): avståndet från calcaneal-tibial leden till frakturen, experimentell pin längd (EPL), ben längd och fraktur mönstret.

Med en justerbar fraktur-enhet och optimerade parametrar signifikant bättre (p < 0,001) generering av enkla tvärgående frakturer (figur 5). Före optimering gruppen genererade bara en enkel tvärgående fraktur 46,55% (27/58) av tiden, jämfört med gruppen efter optimering som genererade en enkel tvärgående fraktur 98,28% (57/58) av tiden. Endast ett exemplar i gruppen efter optimering hade en komplicerad fraktur på grund av en felställning i jiggen positionering. Baserat på de metoder som beskrivs i protokollet optimering, bör skär pin längd fånga 90% av den totala ben-längden. Använda parametrarna för optimering och pin skärande mätaren, var andelen experimentella pin längd till ben längd i gruppen efter optimering 92.43% jämfört med bara 83.67% i gruppen före optimering (p < 0,001). Optimering minskade också avsevärt variabilityen av fraktur platser, längden pin och pin-till-ben längd procentandelen (p < 0,001). Resultaten redovisas i tabell 2.

Figure 1
Figur 1 : Den optimering och generering av en enkel tibia fraktur. Dessa paneler visar laterala röntgenbilder av en murin tibia. (A) denna panel visar mätningarna före frakturen. Den streckade gula linjen markerar platsen idealisk fraktur. De mätning överlägg för fraktur längd (FL), lem längd (LL), medullär diameter (MD) och kortikala diameter (CD) anges i röntgenbild. (B) denna panel visar en fraktur läge test. Solid pilspetsen indikerar nivån på fraktur i en icke-stabiliserad tibia att testa positionering jig parametrarna. (C), denna panel visar en pin längd test med en pre fraktur röntgenbild att testa pin längd (PL) och skärning spårvidd. PL bör vara 90% av LL, Fyll den intramedullära kanalen och inte sticka ut proximalt eller distalt. (D), denna panel visar en efter optimering fraktur generation. Pilspetsen dispositionen indikerar nivån på den enkla tvärgående tibia frakturen. PIN-koden är inte böjd på nivå av påverkan. Klicka här för att se en större version av denna siffra.

Figure 2
Figur 2 : Justerbar fraktur enheten design. Denna figur visar frontal, lateral och Perspektivvyer enhetens fraktur. Framifrån innehåller anteckningar av större enhet komponenter. Den laterala vyn innehåller förstorade detaljer som illustrerar justeringarna för inverkan djupet (ID), släpp höjden (DH) och anvil bredd (AW). Extra vikt kan läggas till ram av threading på vikter överst på inverkan ram anges med röda pilspetsen. Den streckade linjen i städet bredd justering detalj anger raden av inverkan. Mitten av giljotinen påverkan på utsidan ett stöd städ (CGI) används för att beräkna djupet av jiggen positionering för att producera en noggrann och exakt fraktur nivå. Jiggen positionering visas i detalj i figur 3A. Klicka här för att se en större version av denna siffra.

Figure 3
Figur 3 : Positionering jiggen och skärande spårvidd design. (A) denna panel visar Detaljer för musen positionering jigg. Jig djupet (JD) kan justeras för att ändra fraktur på extremiteten. Ökande JD kommer att flytta frakturen proximalt och minskar JD kommer att flytta frakturen distalt. (B) denna panel visar Detaljer för nålen och pin skärande mätaren. Pin längd (PL) bör vara 90% av lem längd (LL) (figur 1A). Den mätare klipplängd (CGL) härleds från subtrahera PL från nålen längd. I det här exemplet en skärande mätare har konstruerats (CGL = 1,6 cm) att avgränsa en 27-G nål (längd = 3,175 cm), lämnar en PL 1.58 cm efter styckning. Klicka här för att se en större version av denna siffra.

Figure 4
Figur 4 : Tibia - och lårben-fraktur positionering. Dessa är uppifrån fotografier av (A), en mus tibiaoch (B) lårbenet i positing jiggen. (A.1) för tibiafrakturer, musen placeras i ryggläge med skenbenet i mitten av de support städ och dorsum av foten pressas mot jiggen. (B.1) för lårben frakturer, musen placeras i en liggande ställning med dorsum av foten pressas mot jiggen. Den streckade gula linjen anger placeringen av anvil inverkan. (A.2 och B.2) Botten fotografier visar anvil platsen vid tidpunkten för påverkan. Placeringen av forskarens händer bör inte störa den ram-aktivering. Klicka här för att se en större version av denna siffra.

Figure 5
Figur 5 . Före och efter optimering av fraktur generation. Dessa paneler Visa laterala röntgenbilder av representativa frakturer från (A) före optimering och (B) efter optimering fraktur grupper. Storleken på gruppen var 58 möss. Solid pilspetsar och pilspets konturer anger nivån på fraktur i grupperna före och efter optimering, respektive. (A.1 - A.5) Frakturer som genereras före optimering visar en hög grad av finfördelning och fraktur-nivå variabilitet. PIN-diameter fyller endast delvis den intramedullära kanalen med en hög grad av längd variabilitet. Pin längd inkonsekvensen resulterade i (A.3) icke-stabiliserad frakturer och (A.3 – A.5) pin exponering. Brist på fraktur Djupkontroll resulterade i (A.4) böjda pins och bidrog till (A.1 - A.5) finfördelning. I frakturer genereras efter optimering (se tabell 1 för en komplett uppsättning parametrar), användning av en positionering jigg (figur 3A) resulterade i en låg variabilitet av fraktur platser (gula pilspets konturer). Optimering av pin bredden baserat på före fraktur röntgenbilder resulterade i ett pin-urval som fyllde den intramedullära kanalen. Användning av en pin skärande mätare (figur 3B) resulterade i en konsekvent pin längd. Optimering av fallhöjden och inverkan djup produceras enkelt tvärgående frakturer med inga finfördelning eller böjda stift. Klicka här för att se en större version av denna siffra.

Förkortning Tibia Lårben
Före fraktur parametrar
Anvil bredd (cm) AWWW 0,40 0,40
Ram vikt (g) RW 272.00 272.00
Före fraktur mätningar
Lem längd (cm), mean±SD LL 1.75±0.03 1.32±0.05
Kortikala Diameter (cm), mean±SD CD 0.10±0.00 0.15±0.01
Medullär Diameter (cm), mean±SD MD 0.05±0.00 0.09±0.01
PIN-storlek (gauge/cm) PS 27/3,175 23/3.810
Center av giljotinen inverkan (cm) = AW / 2 CGI 0,20 0,2
Fraktur längd (cm), mean±SD FL 0.56±0.02 0.64±0.01
Optimering
PIN längd (cm) = 0,9 * LL PL 1,58 1.19
Påverka djup (cm) = 0,75 * CD ID 0,07 0,11
Skär mätare längd (cm) = PS - PL CGL 1,60 2,62
Jiggen djup (cm) = FL - CGI JD 0,36 0,44
Fallhöjden (cm) DH 2.20 4,40
Efter fraktur mätningar
Experimentell Pin längd (cm), mean±SD EPL 1.60±0.06 1.19±0.04
Experimentell Pin längd till Pin längd (%) 101,1% 100,0%
Experimentell fraktur längd (cm), mean±SD EFL 0.54±0.01 0.62±0.06
Experimentell fraktur längd till fraktur längd (%) 97.6% 97,1%
Enkla tvärgående fraktur (%) 9/9 (100%) 9/9 (100%)

Tabell 1: Parametrar av fraktur generationen före och efter utvecklingen av det nya giljotin-systemet.

Före optimering Efter optimering Test Betydelse
Experimentell fraktur längd (cm), mean±SD 0.74±0.28 0.52±0.05 t < 0,001
F < 0,001
Experimentell Pin längd (cm), mean±SD 1.47±0.21 1.57±0.09 t < 0,001
F < 0,001
Fästa på ben längd (%), mean±SD 83.67±11.97 92.43±5.29 t < 0,001
F < 0,001
Enkla tvärgående fraktur (%) 46,55 98,28 Pearson < 0,001

Tabell 2: Fraktur resultat före och efter parametern optimering.

Supplementary Figure 1
Kompletterande Figur1: stöd detaljsammansättning teknisk ritning. Denna figur visar en teknisk ritning för montering av komponenterna som stöd. Klicka här för att se en större version av denna siffra.

Supplementary Figure 2
Kompletterande figur 2: Ram detaljsammansättning teknisk ritning. Denna figur visar en teknisk ritning för montering av ram komponenter. Klicka här för att se en större version av denna siffra.

Supplementary Figure 3
Kompletterande figur 3: blockerar teknisk ritning. Denna figur visar en teknisk ritning som kan användas för att tillverka hållplatsen och vägleda block för fraktur apparatur. Vi använde aluminium. Klicka här för att se en större version av denna siffra.

Supplementary Figure 4
Kompletterande figur 4: Rod, Ram teknisk ritning. Denna figur visar en teknisk ritning som kan användas för att tillverka ram för fraktur apparatur. Vi använde rostfritt stål. Klicka här för att se en större version av denna siffra.

Supplementary Figure 5
Kompletterande figur 5: skruv, anpassning teknisk ritning. Denna figur visar en teknisk ritning som kan användas för att ändra en socket cap skruv om du vill justera ram. Klicka här för att se en större version av denna siffra.

Supplementary Figure 6
Kompletterande figur 6: Pate, montering teknisk ritning. Denna figur visar en teknisk ritning för att tillverka monteringsplattan för fraktur apparatur. Vi använde aluminium. Klicka här för att se en större version av denna siffra.

Supplementary Figure 7
Kompletterande figur 7: Magnet detaljsammansättning teknisk ritning. Denna figur visar en teknisk ritning för montering av magnet komponenterna. Klicka här för att se en större version av denna siffra.

Supplementary Figure 8
Kompletterande figur 8: montera, Magnet teknisk ritning och CAD-filen. Denna figur visar (A) en teknisk ritning och (B) CAD-fil som kan användas för att tillverka magnet fästet (filformat: *.stl). Vi 3D-tryckt den delen använder polymjölksyra (PLA). Klicka här för att se en större version av denna siffra.

Supplementary Figure 9
Kompletterande figur 9: komplett montering teknisk ritning och CAD-filen. Denna figur visar (A) en teknisk ritning komplett fraktur församling med dess komponenter och (B) CAD-filen (filformat: *.iam). Klicka här för att se en större version av denna siffra.

Supplementary Figure 10
Kompletterande figur 10: fäste, ben käken teknisk ritning. Denna figur visar en teknisk ritning som kan användas för att tillverka ben fästen för fraktur apparaten. Fästena är maskinbearbetade från off-the-shelf 8020 hörnhållarna. Klicka här för att se en större version av denna siffra.

Supplementary Figure 11
Kompletterande figur 11: plattform, fraktur teknisk ritning och CAD-filen. Denna figur visar (A) en teknisk ritning och (B) CAD-fil som kan användas för att tillverka fraktur plattformen (filformat: *.stl). Vi 3D-tryckt den delen använder polymjölksyra (PLA). Klicka här för att se en större version av denna siffra.

Supplementary Figure 12
Kompletterande Figur 12: jigg, positionering fraktur teknisk ritning och CAD-filen. Denna figur visar (A) en teknisk ritning och (B) CAD-fil som kan användas för att tillverka jiggen lem-positionering (filformat: *.stl). Vi 3D-tryckt den delen använder polymjölksyra (PLA). Klicka här för att se en större version av denna siffra.

Supplementary Figure 13
Kompletterande figur 13: jigg, Pin Gauge teknisk ritning och CAD-filen. Denna figur visar (A) en teknisk ritning och (B) CAD-fil som kan användas för att tillverka en pin skärande mätare (filformat: *.stl). Vi 3D-tryckt den delen använder polymjölksyra (PLA). Klicka här för att se en större version av denna siffra.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

Denna fraktur optimering och generation protokollet ger forskare en effektiv metod att härleda på fraktur parametrar och utföra en minimalt invasiv förfarande, som producerar exakt, repeterbar, tvärgående frakturer. Detta protokoll fastställs dessutom en gemensam uppsättning fraktur generation parametrar, som främjar metod enhetlighet bland forskare. Dessa parametrar kommer att möjliggöra skapandet av en gemensam fraktur databas att upprätta fraktur normer som bygger på en mängd olika parametrar (t.ex.ålder, kön, genus och genotyp). En optimering av frakturvariabler minskar avsevärt prov heterogenitet - att minska mängden bortkastad tid, förlorade resurser och oanvändbara data.

För att generera korrekt och exakt frakturer, är det viktigt att upprätta en standardiserad uppsättning fraktur generation parametrar som kommer att producera en hög grad av specificitet och minska variationen i fraktur platser. Utöver frakturer generation krävs tillräcklig stabilisering också att främja fraktur callus bildandet och att minska sannolikheten för utanför unionen. Intramedullära fästa är en gemensam fixering-metod som används för att stabilisera appendicular lång benfrakturer både experimentellt och kliniskt. Internt fixerade frakturer tenderar att läka indirekt - en process som involverar vävnad differentiering, benresorption vid fraktur ytan, och den efterföljande fraktur unionen via callus bildandet och remodeling. Dessa processer kan hindras genom rörelse vid fraktur korsningen och migration av stiftet i märghålan. Detta protokoll använder en fixering metod som minskar graden av deplacement vid frakturstället efter fixering och begränsar omfattningen av pin migration utan användning av avancerad kirurgisk utrustning och tekniker som kan orsaka onödig skada kortikal benvävnad. Generera en uppsättning stift parametrar som maximerar den intramedullära kontakten per en viss Provtyp ger den nödvändiga stabiliteten för korrekt callus bildning och benremodellering.

När intramedullära stift har placerats, genererar nästa kritiska steg en enkel tvärgående fraktur. Protokoll som genererar frakturer via externt tillämpas, blunt-force trauma har potential att producera komminuta frakturer och skada fixering hårdvara. För att minska dessa komplikationer, är det viktigt att kontrollera inverkan djup, som måste vara lika med 0,5 x den genomsnittliga kortikala diametern av varje prov set23. Fraktur finfördelning kan också resultera från överdriven kraft som anbringas under externa blunt-force trauma förfaranden. Om islaghastigheten överskrider kritiska tröskelvärdet, genererar hastigheten på spricka förökningen stress vågor vilket resulterar i flera fraktur platser24. Det är viktigt att fastställa en ram vikt och släpp höjd som kommer att generera tillräckligt kinetisk energi för att producera en fraktur, samtidigt också det tröskelvärdet hastighet effekt för stress våg produktion, minskar risken för finfördelning. En stor genomslagskraft hastighet kommer att orsaka en snabb lastning av benet, som producerar överdriven energiabsorption innan frakturen är genererade25. Vid fraktur förökning släpps den överdrivna energin som absorberas under lastning icke-linjärt, som producerar finfördelning. En lägre slaghastigheten och långsammare lastning av energi har en högre sannolikhet för att producera en linjär fraktur jämfört med stor genomslagskraft hastigheter och snabb lastning26. Att minimera förekomsten av finfördelning, detta protokoll använder en standard ram vikt 250 g för möss - detta kan justeras för att rymma en större arter. När du arbetar med mycket unga djur eller de med en känd bensjukdom (t.ex., osteopeni eller osteosclerosis), kan det vara nödvändigt att minska ram vikt. Det är viktigt att använda en konsekvent ram vikt när justera släpp höjd så enda variabeln optimeras samtidigt. Beräkningar för artspecifika idealisk inverkan hastigheter kommer att producera mer konsekvent frakturer av redovisning för små variationer i storlek och mjukvävnad morfologi av preparatet.

Metoderna som beskrivs ovan eliminera många brister av andra fraktur generation protokoll; vissa aspekter kan dock kräva utbildning att effektivt producera önskade resultat. En möjlig komplikation av förfarandet är en felaktig PIN-placering, potentiellt orsaka betydande ben eller mjukvävnad skada. Detta beror främst på metoden begränsad synlighet och brist på tillräckligt bilaterala hand fingerfärdighet. En intern fixation utan ett öppet snitt kan kräva en hel del skicklighet från den person som utför proceduren. Därför är det viktigt att han eller hon har haft tillräcklig utbildning - på kadaver, om nödvändigt - att undvika överskjutande mjukvävnad skador som kan orsaka komplikationer under hela läkningsprocessen. Erkännande av de strukturer som anges i protokollet (patellar ligament, tibial platån, och intercondylar notch av lårbenet) kommer att hjälpa till att producera en konsekvent och exakt fastlåsning med minimal mjukvävnad skada. Målet med den beskrivna studien var dock inte att presentera ett detaljerat förfarande för PIN-placering, utan snarare att beskriva metoder för att skapa perfekt frakturer.

Användning av skärande mätaren rekommenderas att undvika eventuella brotschning genom den proximala änden av lårbenet eller distala änden av skenbenet. Borrning genom den proximala änden av lårbenet kan orsaka onödiga skador på mjukdelar eller ben i höften, orsakar skada och rörlighet komplikationer under läkningsprocessen. Likaså, brotschning genom den distala änden av skenbenet skadar fotleden strukturer, att ändra den gångart mekanik, lastning och förhårdnader bildas.

För att öka noggrannheten för fraktur platsen, kan en anpassad lem-positionering jigg utformas så att den korrekt positionering av extremiteten inom enheten. En exakt och korrekt inverkan placering är avgörande för att generera konsekvent frakturer på önskad plats. Vårt laboratorium sysselsätter för närvarande två jiggar: en för mitten-tibial frakturer och den andra för mitten-lårbensfrakturer, men mångsidigheten hos en modulär design och 3D utskrift ger forskare möjlighet att generera frakturer på en mängd platser. Tillägg av en anpassad jigg som utformats för att generera frakturer på en viss plats ökar både noggrannhet och precision av fraktur generation av begränsar sannolikheten för operatören fel.

Några begränsningar av denna metod liknar de stött på i andra befintliga sluten fraktur-tekniker. Överdriven mjukvävnad eller fett kan hindra generationen av frakturer, som kan ses hos äldre eller överviktiga möss. Det är viktigt att notera att detta är normalt på grund av brist på kraft och inte till en brist på effekt djup. Denna begränsning kan övervinnas genom att öka antingen ram vikt eller hastigheten öka den rörelseenergi som tillämpas på frakturstället. Denna metod är också beroende av intern fixation, som kan störa endosteala ytan av benet och påverka läkningen. Medan endosteala störningar uppstår även kliniskt med intramedullära spikning, om bidraget från endosteum till fraktur reparation studeras, kan extern fixering eller plattor vara ett bättre alternativ. En ytterligare begränsning är obligatoriska prov av offrade djur att upprätta de ursprungliga parametrarna. dock som frakturvariabler för fler typer av prov är etablerade och databasen framkallar, bör behovet av ytterligare uppoffrande prover minska.

Protokollet beskrivs ökar precisionen av inducerad trauman genom användning av standardiserade parametrar som är specifika för provtyp, minimera fraktur heterogenitet typiskt sett i sluten fraktur generation förfaranden. Mest aktuella fraktur generations protokoll gäller endast murina arter och producera måttligt konsekvent frakturer. De ofta kräver användning av en specifik Provtyp till optimala resultat eller ska inte redogöra för variationer inom stammar. Protokollet presenteras här konton för variation i storlek eller ben morfologi som kan finnas mellan mus stammar och kan anpassas för att generera konsekvent frakturer i andra arter. Utbredd tillämpning av detta protokoll kommer dessutom att stödja antagandet av ett standardiserat fraktur språk mellan forskare. Med liknande protokoll med gemensamma variabler kommer att förbättra metoden enhetlighet och stärka jämförelser mellan studier. Medan de parametrar som diskuterats ovan är specifika för murina långa ben, finns det potential för fraktur optimering protokollet som ska användas i ytterligare fraktur modeller, ytterligare öka mångsidigheten hos en kollektiv fraktur generation parameter databasen. Anställa fraktur optimering protokollet kommer att öka produktionen av homogena, användbara prover genom att förbättra samstämmigheten i fraktur plats och mönster. Den högre procent avkastningen av proverna kommer att minska slöseriet med laboratorieresurser, minska antalet djur som behövs och förbättra studien effektivitet.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

Författarna har något att avslöja.

Acknowledgments

Den forskning som redovisas i denna publikation stöddes av National Institute of Arthritis och muskuloskeletala systemet och hudsjukdomar av det nationella Institutes of Health under award nummer F30AR071201 och R01AR066028.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Support Subassembly Supplementary Figure 1
Beam, Support--Jaw Section  80/20 1003 x 9.00 w/ #7042 at A, C, in Left End
Beam, Support--Horizontal Section 80/20 1002 x 14.00
Beam, Support--Vertical 1 80/20 1050 x 10.50  w/ #7042 at A in Left End and at A in Right End
Beam, Support--Vertical 2 80/20 1010 x 10.50  w/ #7042 at D, B in Left End and at A in Right End
Beam, Support--Plate Mount 80/20 1030 x 8.00  w/ #7036 at Left End
Beam, Support--Magnet 80/20 1010 x 13.50  w/ #7042 at A, C, in Right End
Anchors (3) 80/20 3392
Double Anchor (3) 80/20 3091
Bolt Assembly (6) 80/20 3386 1/4-20 x 3/8"
Button Head Socket Cap Screw (6) 80/20 3604 1/4-20 x 3/4"
Ram Subassembly Supplementary Figure 2
Block, Stop Custom Supplementary Figure 3
Block, Guide Custom Supplementary Figure 3
Rod, Ram Custom Supplementary Figure 4
Alignment Screw Custom Supplementary Figure 5
Plate, Mounting Custom Supplementary Figure 6
Linear Sleeve Bearing (2) McMaster-Carr 8649T2
Hex Nut (3) McMaster-Carr 92673A125 3/8-16 UNC
Socket Cap Screw (8) McMaster-Carr 92196A108 4/40 x 3/8"
Socket Cap Screw (6) McMaster-Carr 92196A032 4/40 x 1 1/8"
Socket Cap Screw (1) McMaster-Carr 92196A267  10/32 3/8"
Magnet Subassembly Supplementary Figure 7
Mount, Magnet Custom Supplementary Figure 8
Power Supply McMaster-Carr 70235K23
Foot Switch McMaster-Carr 7376k2
Electromagnet McMaster-Carr 5698k111
Wire - 10 feet McMaster-Carr 9936k12
Rod, Magnet McMaster-Carr 95412A566 1/4" Threaded Rod x 7"
Corner Bracket (6) 80/20 4108
Socket Cap Screw (1) McMaster-Carr 92196A705 10/32 1 1/4"
Hex Nut (4) McMaster-Carr 92673A113 1/4-20 UNC
Complete Assembly Supplementary Figure 9
Bracket, Leg Jaw (2) Custom Supplementary Figure 10
Platform, Fracture Custom Supplementary Figure 11
Jig, Positioning-Fracture Custom Supplementary Figure 12
Other
Pin Cutter Medical Supplies and Equipment 150S
Needles Sigma Z192430, Z192376  23g x 1.5" - mouse femur, 27g x 1.25" - mouse tibia

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. BMUS: The Burden of Musculoskeletal Diseases in the United States. , Available from: http://www.boneandjointburden.org/ (2014).
  2. Corso, P., Finkelstein, E., Miller, T., Fiebelkorn, I., Zaloshnja, E. Incidence and lifetime costs of injuries in the United States. Injury Prevention. 12 (4), 212-218 (2006).
  3. Nguyen, N. D., Ahlborg, H. G., Center, J. R., Eisman, J. A., Nguyen, T. V. Residual lifetime risk of fractures in women and men. Journal of Bone and Mineral Research: The Official Journal of the American Society for Bone and Mineral Research. 22 (6), 781-788 (2007).
  4. Thompson, Z., Miclau, T., Hu, D., Helms, J. A. A model for intramembranous ossification during fracture healing. Journal of Orthopaedic Research: Official Publication of the Orthopaedic Research Society. 20 (5), 1091-1098 (2002).
  5. Cheung, K. M. C., Kaluarachi, K., Andrew, G., Lu, W., Chan, D., Cheah, K. S. E. An externally fixed femoral fracture model for mice. Journal of Orthopaedic Research. 21 (4), 685-690 (2003).
  6. Connolly, C. K., et al. A reliable externally fixated murine femoral fracture model that accounts for variation in movement between animals. Journal of Orthopaedic Research. 21 (5), 843-849 (2003).
  7. Histing, T., et al. An internal locking plate to study intramembranous bone healing in a mouse femur fracture model. Journal of Orthopaedic Research. 28 (3), 397-402 (2010).
  8. Gröngröft, I., et al. Fixation compliance in a mouse osteotomy model induces two different processes of bone healing but does not lead to delayed union. Journal of Biomechanics. 42 (13), 2089-2096 (2009).
  9. Bonnarens, F., Einhorn, T. A. Production of a standard closed fracture in laboratory animal bone. Journal of Orthopaedic Research. 2 (1), 97-101 (1984).
  10. Huang, C., et al. The spatiotemporal role of COX-2 in osteogenic and chondrogenic differentiation of periosteum-derived mesenchymal progenitors in fracture repair. PloS One. 9 (7), 100079 (2014).
  11. Waki, T., et al. Profiling microRNA expression during fracture healing. BMC Musculoskeletal Disorders. 17, 83 (2016).
  12. Yee, C. S., et al. Sclerostin antibody treatment improves fracture outcomes in a Type I diabetic mouse. Bone. 82, 122-134 (2016).
  13. Wong, E., et al. A novel low-molecular-weight compound enhances ectopic bone formation and fracture repair. The Journal of Bone and Joint Surgery. American Volume. 95 (5), 454-461 (2013).
  14. Prodinger, P. M., et al. Does Anticoagulant Medication Alter Fracture-Healing? A Morphological and Biomechanical Evaluation of the Possible Effects of Rivaroxaban and Enoxaparin Using a Rat Closed Fracture Model. PloS One. 11 (7), 0159669 (2016).
  15. Menzdorf, L., et al. Local pamidronate influences fracture healing in a rodent femur fracture model: an experimental study. BMC Musculoskeletal Disorders. 17, 255 (2016).
  16. Hagiwara, Y., et al. Fixation stability dictates the differentiation pathway of periosteal progenitor cells in fracture repair. Journal of Orthopaedic Research: Official Publication of the Orthopaedic Research Society. 33 (7), 948-956 (2015).
  17. Gardner, M. J., et al. Differential fracture healing resulting from fixation stiffness variability: a mouse model. Journal of Orthopaedic Science: Official Journal of the Japanese Orthopaedic Association. 16 (3), 298-303 (2011).
  18. Catma, M. F., et al. Remote ischemic preconditioning enhances fracture healing. Journal of Orthopaedics. 12 (4), 168-173 (2015).
  19. Lichte, P., et al. Impaired Fracture Healing after Hemorrhagic Shock. Mediators of Inflammation. 2015, 132451 (2015).
  20. Lopas, L. A., et al. Fractures in geriatric mice show decreased callus expansion and bone volume. Clinical Orthopaedics and Related Research. 472 (11), 3523-3532 (2014).
  21. Bonnarens, F., Einhorn, T. A. Production of a standard closed fracture in laboratory animal bone. Journal of orthopaedic research. 2 (1), 97-101 (1984).
  22. Marturano, J. E., et al. An improved murine femur fracture device for bone healing studies. Journal of Biomechanics. 41 (6), 1222-1228 (2008).
  23. Jackson, R. W., Reed, C. A., Israel, J. A., Abou-Keer, F. K., Garside, H. Production of a standard experimental fracture. Canadian Journal of Surgery. Journal Canadien De Chirurgie. 13 (4), 415-420 (1970).
  24. Byrne, M., Cleveland, B., Marturano, J., Wixted, J., Billiar, K. Design of a reproducible murine femoral fracture device. Conference: Bioengineering Conference, 2007. NEBC '07. IEEE 33rd Annual Northeast. , (2007).
  25. Carter, D. R., Hayes, W. C. Compact bone fatigue damage-I. Residual strength and stiffness. Journal of Biomechanics. 10 (5), 325-337 (1977).
  26. McGee, A., Qureshi, A., Porter, K. Review of the biomechanics and patterns of limb fractures. Trauma. 6 (1), 29-40 (2004).

Tags

Medicin fråga 138 fraktur ben modell femur tibia stabiliserad murina möss gnagare protokoll optimering giljotin
Fraktur apparater Nätbyggnad protokoll för stängt-stabiliserad frakturer hos gnagare
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Zondervan, R. L., Vorce, M.,… More

Zondervan, R. L., Vorce, M., Servadio, N., Hankenson, K. D. Fracture Apparatus Design and Protocol Optimization for Closed-stabilized Fractures in Rodents. J. Vis. Exp. (138), e58186, doi:10.3791/58186 (2018).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter