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Frattura apparato Design e ottimizzazione dei protocolli per le fratture chiuse-stabilizzato in roditori

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

L'obiettivo del protocollo è quello di ottimizzare i parametri di generazione di frattura per produrre fratture coerente. Questo protocollo rappresenta le variazioni in osso, dimensioni e morfologia che può esistere tra gli animali. Inoltre, è descritto un apparato di frattura conveniente, regolabile.

Abstract

La generazione affidabile delle fratture coerente stabilizzate in modelli animali è essenziale per la comprensione della biologia di rigenerazione ossea e lo sviluppo di terapie e dispositivi. Tuttavia, modelli di lesione disponibili sono afflitti da incoerenza conseguente spreco animali e risorse e imperfetta dei dati. Per risolvere questo problema di eterogeneità di frattura, lo scopo del metodo descritto nel presente documento è quello di ottimizzare frattura generazione parametri specifici per ogni animale e resa una frattura coerente posizione e modello. Questo protocollo rappresenta variazioni dimensionali dell'osso e morfologia che può esistere tra ceppi murini e può essere adattato per generare fratture coerente in altre specie, come il ratto. Inoltre, è descritto un apparato di frattura conveniente, regolabile. Rispetto alle attuali tecniche di frattura stabilizzato, il protocollo di ottimizzazione e un nuovo apparato di frattura dimostra una maggiore coerenza nei modelli di frattura stabilizzato e posizioni. Utilizzo ottimizzato i parametri specifici per il tipo di campione, il protocollo descritto aumenta la precisione dei traumi indotti, riducendo al minimo l'eterogeneità di frattura osservata tipicamente nelle procedure di generazione di frattura chiusa.

Introduction

Ricerca sulla guarigione di frattura è necessario affrontare un grande problema clinico ed economico. Ogni anno oltre 12 milioni di fratture sono trattate in Stati Uniti d'America1, costano $ 80 miliardi per l'anno2. La probabilità di un maschio o femmina che soffrono una frattura nel corso della loro vita è 25% e 44%, rispettivamente3. Problemi connessi con la guarigione della frattura si pensano che aumentino con maggiore comorbidità come la popolazione invecchia. Per studiare e risolvere questo problema, sono necessari modelli robusti della generazione di frattura e stabilizzazione. Modelli del roditore sono ideali per questo scopo. Forniscono la rilevanza clinica e può essere modificati alle condizioni specifiche di indirizzo (cioè, più lesioni, fratture aperte, chiuse, ischemiche e infettate). Oltre a replicare scenari clinici, modelli animali frattura sono importante per capire la biologia dell'osso e sviluppo terapeutica e dispositivi. Tuttavia, i tentativi di studiare le differenze tra gli interventi possono essere complicati dalla variabilità introdotta da generazione di frattura incoerente. Quindi, generando fratture riproducibile e costantemente chiuse in modelli animali è essenziale per il campo di ricerca osteomuscolare.

Nonostante correttamente controllando per eterogeneità di potenziale soggetto garantendo il background genetico appropriato, sesso, età e condizioni ambientali, la produzione di lesioni ossee coerente clinicamente rilevanti è una variabile significativa che interessano riproducibilità che deve essere controllato. I confronti statistici utilizzando incoerente fratture sono afflitti con rumore sperimentale e un'alta variabilità4; Inoltre, variabilità di frattura può portare alla morte degli animali inutili a causa della necessità di aumentare la dimensione del campione o la necessità di eutanasia animali con fratture comminute o malpositioned. Lo scopo del metodo descritto nel presente documento è quello di ottimizzare i parametri di generazione di frattura che sono specifici per tipo di campione e resa una frattura coerente posizione e modello.

Modelli correnti della generazione di frattura rientrano in due grandi categorie, ognuna con i propri punti di forza e di debolezza. Modelli di Apri-frattura (osteotomia) sottoporsi ad intervento chirurgico per esporre l'osso, dopo che una frattura è indotta da taglio dell'osso o indebolirlo e poi manualmente romperlo5,6,7,8. I vantaggi di questo metodo sono la visualizzazione diretta del luogo di frattura e una posizione più coerente di frattura e modello. Tuttavia, la rilevanza fisiologica e clinica dell'approccio e il meccanismo della ferita è limitati. Inoltre, metodi di generazione di frattura aperto richiedono un approccio chirurgico e chiusura con periodi prolungati durante i quali i roditori sono esposti ad un aumentato rischio di contaminazione.

Chiusi tecniche rispondono a molte delle limitazioni di tecnica aperta. Chiuse le tecniche producono fratture utilizzando un contundente applicati esternamente, che induce la lesione per l'osso e i tessuti circostanti, più simili a quelli osservati nelle lesioni cliniche umane. Il metodo più comune è stata descritta da Bonnarens ed Einhorn nel 19849. Hanno descritto una ghigliottina ponderata viene utilizzata per impartire il trauma smussato per rompere l'osso senza causare le ferite della pelle esterna. Questo metodo è stato ampiamente adottato per studiare l'effetto di genetica10,11, terapia farmacologica12,13,14,15, meccanica16, 17e fisiologia18,19,20 sull'osso guarigione nei topi e nei ratti. Mentre il beneficio di metodi chiusi è fisiologicamente rilevanti fratture, rigore e riproducibilità sperimentale sono limitati dalla eterogeneità di frattura. La generazione di frattura incoerente si traduce in una differenziazione fra-gruppo limitata, esemplari persi e un aumento in animali necessari per raggiungere il significato statistico.

Controllare la variabilità nella generazione di frattura e la stabilizzazione è essenziale per produrre risultati significativi. Al fine di correttamente studiare la biologia della riparazione di frattura, è necessario un modello di frattura semplice ma affidabile. Il modello dovrebbe essere traducibile specie di roditori, tipi di osso (femore o della tibia, per esempio) e da altra parte di ambiti di provenienza genetici del mouse variabile e mutazioni indotte. Inoltre, la procedura ideale dovrebbe essere tecnicamente semplice e produrre risultati coerenti. Un'eterogeneità di frattura di indirizzo, il metodo qui descritto è la costruzione di un dispositivo di frattura ben controllato che quindi può essere utilizzato per ottimizzare i parametri e generare fratture costantemente chiuse indipendentemente da età, sesso o genotipo.

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Protocol

Questo protocollo è stato sviluppato per garantire che gli animali non vengono utilizzati inutilmente e sono risparmiati tutti inutile dolore e afflizione; aderisce a tutte le leggi federali, statali, locali e istituzionali e orientamenti in materia di ricerca sugli animali. Il protocollo è stato sviluppato sotto la Guida di un laboratorio di Università-larghi animale medicina programma diretto da veterinari specializzato in medicina degli animali di laboratorio. Il protocollo è stato esaminato e approvato dal istituzionale Animal Care ed uso Committee (IACUC).

1. costruzione della Torre frattura

Nota: Tutte le parti sono elencati nella sezione materiali (Tabella materiali). Disegni tecnici dettagliati sono forniti per le parti lavorate e 3D-stampato in figure complementari da 1-12. I disegni tecnici di sottoassieme includono dettagli di fissaggio per tutte le parti montate (complementare nelle figure 1, 2, 7 e 9).

  1. Supporto sottoassieme
    Nota: Per un disegno tecnico del sottoassieme supporto, vedere complementare figura 1.
    1. Fissare il Supporto trave--mascella sezione al punto centrale del Fascio supporto--sezione orizzontale.
    2. Fissare il Supporto trave--1 verticale sulla superficie superiore del Supporto di larghezza--mascella sezione, 2 dal Supporto trave--sezione orizzontale.
    3. Fissare il Supporto trave--2 verticale sulla superficie superiore del Supporto di larghezza--sezione orizzontale a metà (7 a partire dalla fine).
    4. Fissare il fascio, supporto--piastra di montaggio all'estremità di Supporto trave--1 verticale e di Supporto trave--verticale 2. Alla fine del supporto piastra deve essere allineata con la parte posteriore del Fascio di sostegno..--verticale 2.
  2. Sottoassieme RAM
    Nota: Per un disegno tecnico del sottoassieme ram, vedere complementare nella figura 2.
    1. Macchina del blocco interrompere e la Guida del blocco (complementare figura 3); la Ram Rod (complementare figura 4); l' allineamento di vite (complementare figura 5); e la piastra di montaggio (complementare figura 6).
    2. Fissare la Piastra di montaggio per il Fascio di sostegno - piastra di montaggio del supporto sottoassieme.
    3. Nel seguente ordine, far scorrere il primo Cuscinetto lineare della manica; la Guida del blocco; il secondo Cuscinetto lineare della manica; e il blocco di fermare sulla Ram Rod. Fissare le guide e i blocchi per la Piastra di montaggio.
    4. Collegare tre ⅜-in dadi per la porzione filettata della Ram Rod. Uno dovrebbe essere a filo con l'estremità dell'asta di impegnarsi con l'elettromagnete. Gli altri 2 serviranno per regolare la profondità di frattura.
    5. Allineare il boschetto nella Ram Rod rivolto in avanti e inserire la Vite di allineamento nel foro filettato della Guida del blocco.
  3. Sottoassieme magnete
    Nota: Per un disegno tecnico del sottoassieme magnete, vedere complementare nella figura 7.
    1. L' elettromagnete conduce al filo di saldatura (la polarità non è un fattore per l'operazione di elettromagnete). Consentire una lunghezza sufficiente raggiungere il piano, dove sarà posizionato il dispositivo di frattura. Fascette di utilizzo o un'altra forma di attaccamento allo stress alleviare il filo.
    2. Togliere l' Alimentazione elettricadi fine e collegarlo al Pedale. Infine, collegare il filo al Pedale in una configurazione di "off" (normalmente aperto). Testare il circuito per garantire che l' elettromagnete è quando non si preme l' Interruttore a pedale . Questo si reggerà la ram prima della frattura.
    3. Stampare il Mount Magnet (complementare figure 8A e 8B) utilizzando un dispositivo di produzione additiva, o la parte da alluminio della macchina.
    4. Allegare l' elettromagnete al Mount Magnet.
    5. Collegare 2 staffe angolari per il supporto di larghezza--magnete.
    6. Nel seguente ordine, infilare il Cilindro magnetico attraverso il superiore Staffa di angolo e aggiungere un dado ¼-in; il Monte Calamita; due i dadi di ¼; e la parte inferiore Staffa angolare. Fissare il gruppo con due dadi di ¼-in su ciascuna estremità.
  4. Montaggio completo
    Nota: Per un disegno tecnico dell'Assemblea completa, vedere complementare nella figura 9.
    1. Fissare il Magnete sottoassieme sulla superficie superiore della trave, supporto--piastra di montaggio.
    2. Regolare l'allineamento del Fascio supporto--magnete in modo che il magnete si impegna con l' asta, Ram.
      Nota: Se l'asta non viene rilasciata quando il pedale è premuto, è possibile ridurre l'area di contatto fra l'elettromagnete e l'asta spostando il Supporto trave--magnete.
    3. Macchina le staffe gamba mascella (complementare figura 10).
    4. Fissare le due Staffe gamba mascella al Supporto trave--mascella sezione. Quando è sceso, la punta della ram dovrebbe essere ad una distanza uguale da ogni mascella.
    5. Posizionare la Piattaforma frattura (figure complementari 11A e 11B) sopra le ganasce.
    6. Stampare la Dima di posizionamento frattura (figure complementari 12A e 12B) e il Jig Pin Gauge (figure complementari 13A e 13B) utilizzando un dispositivo di produzione additiva, o macchina la parti in alluminio.
      Nota: Le dimensioni dei Jigs saranno calcolate nelle operazioni di ottimizzazione descritte nel passaggio 2.
    7. Fissare la dima di posizionamento frattura alla piattaforma frattura.
    8. Confermare che la profondità dell'impatto può essere regolata utilizzando i dadi di due stop sulla Ram Rod.
    9. Confermare che la velocità d'impatto può essere regolata spostando su e giù il Mount Magnet .
    10. Confermare che la larghezza della frattura può essere regolata spostando le Staffe gamba mascella più vicino o più lontano la Ram Rod.

2. frattura ottimizzazione

  1. Posizione di frattura
    1. Ottenere le radiografie dell'arto (femore o tibia) per essere fratturato in un campione rappresentativo di 5 animali eutanasizzati.
      Nota: Il campione dovrebbe essere abbinato agli esemplari, che saranno utilizzati nel protocollo sperimentale basato su età, genotipo e sesso. Anche se il protocollo finale richiede un solo arto fratturato, entrambi gli arti di esempio verranno utilizzati.
    2. Posizionare l'arto tangente al fascio di raggi x per acquisire viste true-laterale e anteriore/posteriore fino all'osso. Inserire un oggetto di dimensione noto sul piano della formazione immagine per fornire una scala per l'analisi.
    3. Nota: Se imaging femori, garantire che l'arto è in piena estensione, dove il femore è nello stesso aereo assiale della tibia.
    4. Contrassegnare la desiderata posizione della frattura sulla radiografia dell'arto per essere fratturato (Figura 1A - linea tratteggiata). Misurare dal giunto calcaneal-tibiale al livello della frattura profonda (Figura 1A). Calcolare la lunghezza media di frattura (FL) per tutti i campioni di prova. Misurare da tacca intercondylar per fratture di femore.
  2. Frattura-posizionamento jig
    1. Misurare la distanza tra la superficie esterna del un supporto incudine al centro dell'impatto ghigliottina (CGI) (Figura 2). Sottrarre il CGI da FL, descritto al punto 2.1.4, per calcolare la profondità di posizionamento frattura jig (JD). Macchina o 3D-stampa un canale a forma di U con un'altezza e una larghezza uguale a incudine e una profondità pari a JD (Figura 3A). Un disegno tecnico del campione e file CAD sono inclusi figure complementari 12A e 12B.
      Nota: Quando l'arto viene posizionato nell'attrezzatura, il dorsum del piede dovrebbe trovarsi contro la superficie più lontane l'impatto di ghigliottina. Modificare il canale a forma di U se è richiesto per l'arto gioco aggiuntivo.
    2. Posizionare il preparato nell'apparato di frattura in posizione prona per fratture di femore o in posizione supina per fratture della tibia (Figura 4). Premere il dorsum del piede contro la fine del jig frattura-posizionamento. Premere manualmente la ghigliottina fino le fratture degli arti. Ottenere una radiografia dell'arto fratturato per confermare la posizione di dimensione e frattura del jig (Figura 2B).
    3. Aumentare JD se la posizione di frattura è troppo distale sull'osso, o diminuire JD se la posizione di frattura è troppo prossimale sull'osso.
  3. Stabilizzazione dei parametri pin
    1. Lunghezza pin: Usando le radiografie ottenute nel passaggio 2.1, misurare la lunghezza degli arti (LL) dal plateau tibia al livello del malleolo posteriore per fratture della tibia, o tacca intercondylar per il grande trocantere per fratture di femore. Moltiplicare la lunghezza dell'osso per 0,9 per calcolare la lunghezza del pin (PL) (figure 1A e 3B).
    2. Perno Larghezza: Usando le radiografie ottenute nel passaggio 2.1, misurare il diametro minimo di midollare (MD) dell'arto fratturato (Figura 1A). Selezionare un ago con un calibro approssimativamente equivalente alla midollare di diametro e una lunghezza di più di 1,5 x PL.
      Nota: Una dimensione approssimativa pin per un mouse C57BL/6J 14-settimana-vecchio è 22 G, 1½ a e 27 G, 1¼ in per femore e tibia, rispettivamente.
  4. Indicatore di taglio di pin
    1. 2.4.1. macchina o 3D-stampa un manometro con una lunghezza pari alla PL meno la lunghezza dell'ago (CGL) (Figura 3B; Complementare figure 13A e 13B). Un'estremità dovrebbe avere una sporgenza a riposo contro il mozzo dell'ago e l'altro dovrebbe indicare dove deve essere tagliato il pin. Un disegno tecnico del campione e file CAD sono inclusi figure complementari 13A e 13B.
  5. Stabilizzazione di frattura perno intramidollare
    1. Usando i campioni di prova non-fratturato dal punto 2.1, per eliminare i peli con un clipper elettrico o la crema depilatoria da metà tibia a metà femore, esponendo l'articolazione del ginocchio.
    2. Aggiunta di tibia: inserire l'ago in modo percutaneo laterale al legamento patellar. Ritrarre il legamento patellar mediale e allineare la punta dell'ago all'asse della tibia. Delicatamente con un movimento di alesatura, violazione del plateau tibiale e guidare l'ago verso il basso la cavità midollare.
    3. Femore pinning: inserire l'ago in modo percutaneo laterale al legamento patellar. Ritrarre il legamento patellar mediale e allineare la punta dell'ago per l'asse del femore nella gola intercondiloidea. Delicatamente con un movimento di alesatura, violare la superficie articolare del tacca intercondylar e guidare l'ago verso il basso la cavità midollare.
    4. Usando l'indicatore di fabbricati nel passaggio 2.4, ream fino a quando l'ago esposto è uguale alla lunghezza di calibro. Ritirare l'ago per fornire abbastanza spazio (~ 3 mm) per tagliare l'ago al livello indicato dal misuratore.
      Nota: Assicurarsi di tenere l'estremità prossimale (plastica) dell'ago durante il taglio, quindi non si trasforma in un proiettile pericoloso.
    5. A crimpare 0,3 mm dell'estremità distale del perno utilizzando una fresa di perno e poi tagliare il pin al livello del misuratore. Affondare il pin alla superficie articolare utilizzando una canna con un diametro di 1.5 x più grande del diametro dell'ago.
      Nota: Crimpatura impedisce la rotazione dell'ago e migrazione aumentando il contatto dell'ago-osso.
    6. Ottenere le radiografie per confermare l'ago si estende la lunghezza del canale midollare dell'arto e non sporgono dall'estremità prossimale o distale (Figura 1C).
  6. Profondità di impatto
    1. Usando le radiografie ottenute nel passaggio 2.1, misurare il diametro della corteccia a livello della frattura desiderato (Figura 1A). Calcolare il diametro medio corticale (CD) per tutti i campioni di prova.
    2. Posizionare un esemplare di prova bloccato dal passo 2.5 nel dispositivo di frattura con la dima di posizionamento frattura fabbricata nel passaggio 2.2. Riposare la ram di impatto sull'arto illeso.
      Nota: Non consentono la ram a goccia; l'osso dovrebbe rimanere intatto durante questa fase di ottimizzazione.
    3. Applicare forza abbastanza verso la RAM a comprimere i tessuti molli, ma non di frattura dell'osso. Regolare la profondità di impatto (ID) di 0,75 x CD (Figura 2).
      Nota: La profondità di impatto ideale è 0,5 x CD quando la frattura di un osso senza qualsiasi tessuto molle. Utilizzando 0,75 conti per l'ulteriore compressione dei tessuti molli.
  7. Larghezza di incudine
    1. Impostare la larghezza di incudine (AW) a 0,4 cm per mouse tibia o del femore (Figura 2).
      Nota: Una larghezza maggiore è consigliata per gli esemplari più grandi come i ratti.
  8. Peso di RAM
    1. Un peso minimo di 250 g è consigliato per gli esemplari murini.
      Nota: Il peso supplementare possa essere filettato alla ram per gli esemplari più grandi (Figura 2).
  9. Velocità d'impatto
    1. Impostare l'altezza di caduta (DH) a 2 cm (Figura 2). Posizionare la ram in posizione iniziale, collegandolo all'elettromagnete attivato.
    2. Posizionare un arto prova nell'apparato di frattura. Premere il dorsum del piede contro la dima di posizionamento frattura fabbricato nel passaggio 2.2. Premere brevemente l'interruttore a pedale per liberare la ram e quindi reimpostarla nella sua posizione iniziale.
    3. Radiografia dell'arto prova incastrato. Analizzare l'arto per qualsiasi prova di una frattura (Figura 1D).
      Nota: Questo può essere sottile quando si utilizza basse velocità con una profondità di impatto controllato.
    4. Se nessuna frattura viene generata, ripetere i passaggi 2.9.1 - 2.9.3 e aumentare l'altezza di caduta cm 2.
    5. Se una frattura è generata, registrare l'altezza di caduta e moltiplicarlo per 1.1. Questa è la nuova DH.
    6. Utilizzando il DH dal passaggio 2.9.5, frattura dell'arto prova successiva.
    7. Se nessuna frattura viene generata, ripetere i passaggi 2.9.1 - 2.9.6 e aumentare l'altezza di caduta cm 2.
    8. Se una frattura è generati, ripetere i passaggi 2.9.6 - 2.9.7 fino a quando tutti i campioni di test vengono utilizzati. Registrare la finale DH e tutti i parametri (FL, CGI, JD, PL, MD, PS, CGL, CD, ID, AWe RW) dall'ottimizzazione. Registrare degli esemplari di prova età, sesso, genotipo e peso.

3. chiuso-stabilizzato frattura generazione

  1. Set-up
    1. Sterilizzare tutte le attrezzature e strumenti tramite autoclave, tallone caldo ad immersione o loro equivalenti.
    2. Inserire un elemento di riscaldamento sul tavolo operatorio e impostarlo alla temperatura ottimale. Coprire l'elemento con un telo chirurgico. Preparare 3 x 3 in2 di telo chirurgico con un cerchio di 0,75-in tagliato nel mezzo.
    3. Confermare la regolazione della Torre frattura prima di ogni prova (Figura 2). Impostare l'ID, AW, RWe DH per i valori derivati dal protocollo di ottimizzazione specifico per il sesso, l'età e genotipo dei campioni da studiare.
    4. Pesare e registrare il peso dell'animale.
  2. Chirurgia
    1. Adeguatamente sedare il mouse utilizzando anestetici inalatori (isoflurano: 4-5% per induzione; 1-2% per manutenzione) o un altro stabilito il protocollo di anestesia di laboratorio. La frequenza respiratoria dovrebbe essere 55-100 respiri/min. L'animale non deve essere reattivo a un pizzico di punta dell'arto posteriore.
    2. Somministrare la prima dose di buprenorfina l'analgesia postoperatoria (0,1 mg/kg per via sottocutanea).
    3. Applicare lubrificazione oculare per prevenire la secchezza della cornea.
    4. Eliminare i peli dell'animale con un tagliatore elettrico da metà tibia a metà femore, esponendo l'articolazione del ginocchio. Pulire il sito di peli in eccesso utilizzando nastro non reattivo. Preparare il sito di blocco con un tampone bagnato inumidito con 70% EtOH. Ripetere se necessario, per rimuovere tutti i capelli dalla zona di incisione.
    5. Preparare e pulire l'area blocco con tamponi alternativi di povidone-iodio e 70% EtOH. Utilizzare due sequenze di tampone alternativi per garantire la sterilità.
    6. Un drappo viene poi collocato attorno al sito chirurgico dopo che la pelle è stato opportunamente disinfettata.
    7. Perno dell'arto per essere fratturato mediante il protocollo descritto al punto 2.5. Acquisire le radiografie per confermare il pin estende la lunghezza del canale midollare ma non sporge dall'estremità prossimale o distale.
    8. Accendere l'elettromagnete e collegare la ram di impatto per collocarlo nella posizione di partenza.
    9. Posizionare il preparato nell'apparato di frattura collocandolo in posizione prona per fratture di femore o in posizione supina per fratture della tibia. L'arto bloccato deve essere posizionato tra le incudini e nell'attrezzatura frattura-posizionamento con il dorsum del piede premuto contro l'esterno del jig.
    10. Mentre premendo il piede con una mano e garantire che solo l'arto è nell'impatto ram area di destinazione, premere brevemente il pedale per liberare la ram. Sostituire la ram nella posizione di partenza.
    11. Acquisire le radiografie e confermare la posizione di frattura e il tipo.
  3. Gestione postoperatoria
    1. Monitorare l'animale ogni 15 minuti durante il suo recupero dall'anestesia fino a quando l'animale è cosciente, può mantenere decubito sternale ed è ambulatoriale. Confermare che l'animale è in grado di deambulare per un periodo di 72 h.
    2. Casa l'animale individualmente fino a che completamente ha recuperato.
    3. Mantenere l'analgesia per un periodo di 48 h con buprenorfina (0,1 mg/kg per via sottocutanea) somministrato ogni 12 h.
    4. Monitorare e registrare lo stato di salute dell'animale al giorno per 7-10 d o fino a quando l'eutanasia.
  4. Analisi post-rottura
    1. Misura FL, PL, CD, MD e del modello di frattura. Registrare le misurazioni in un file di dati master.

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Representative Results

La ghigliottina precedentemente utilizzata nel nostro laboratorio è stata sviluppata nel 2004 e si basava su modelli pubblicati da Einhorn21. Il design non ha consentito di regolazioni per adeguatamente tenere conto di eventuali differenze nella morfologia ossea e non ha permesso un posizionamento riproducibile dell'arto. Inoltre, l'apparato precedente necessarie due persone per farlo funzionare. Pertanto, abbiamo progettato, ingegnerizzato e costruito un nuovo apparato di frattura. L'obiettivo principale era la possibilità per la regolazione di alta fedeltà della frattura profondità, forza d'impatto, contatto a tre punti e posizionamento degli animali. Il design è basato su un apparato di frattura descritto da Marturano nel 200822. Un fattore limitante del loro design è stato il legame tra la profondità della frattura e la velocità di impatto. La velocità di impatto non poteva essere regolata senza modificare la profondità di frattura e il posizionamento degli animali. Questo ha reso impossibile cambiare solo una variabile alla volta quando l'ottimizzazione dei parametri di frattura. Inoltre, esso non ha fornito un modo per regolare facilmente la posizione di una frattura di un osso lungo. Modificare come viene regolata la profondità della frattura e la velocità della ram, il disegno presentato qui consente una regolazione indipendente, ad alta risoluzione di tutte le variabili di frattura. Inoltre, l'apparecchio può essere azionato da un singolo utente, è conveniente e consente di posizionare animale regolabile per generare fratture specifiche della posizione.

Un'ottimizzazione delle fratture di tibia in topi maschii di C57BL/6J 17-settimana-vecchio è stata effettuata usando cinque esemplari. L'obiettivo era di generare semplici fratture trasversali appena sotto il livello dell'inserzione del perone nella tibia. Il sito di tibia distale è un comune sito di frattura di osso umano che si traduce in non-Unione e, inoltre, fornisce un'area omogenea della tibia ed evita le complicazioni nell'analisi associata a danno del perone. Topi sono stati sacrificati e radiografati. La media FL dal giunto calcaneal-tibiale alla parte distale dell'inserimento del perone nella tibia era 0,556 ± 0,025 cm. utilizzando una larghezza di incudine di 0,4 cm, il CGI era 0,2 cm, da cui è stato calcolato un JD di 0,356 cm. Un posizionamento jig è stato costruito utilizzando il software di progettazione assistita da computer e stampate a una risoluzione di 0,01 mm in acrilonitrile butadiene stirene (ABS) utilizzando una stampante 3D (Figura 3B). Usando una prova tibia, il design di jig e la posizione della frattura è stata confermata dalla radiografia (Figura 1B).

Per i risultati presentati qui, il PL è stato calcolato per essere 1,579 cm, basato sul 90% della media lunghezza tibia (1.754 ± 0,031 cm). Il diametro medio di midollare (MD) era 0,05 cm. Una dimensione dell'ago di cm 27 x 3.175 è stata selezionata per superare il necessario PL e riempire il canale endomidollare (27 = 0,041 cm). Un misuratore di taglio è stato costruito con una lunghezza di cm 1,596 per demarcare il livello del pin di taglio (Figura 3B). Ognuna delle restanti nove tibie è stato quindi appuntato. Il diametro medio corticale era 0,098 cm, che è stato utilizzato per calcolare una profondità di impatto (ID) di 0,073 cm.

La tibia iniziale è stato percosso a un'altezza di caduta di 1 cm, che ha provocato nessuna frattura. L'altezza di caduta è stato aumentato da 1 cm a 2 cm. La nuova altezza ha provocato una frattura trasversale semplice. Per la frattura successiva, l'altezza di caduta è stata aumentata del 10% a 2,2 cm. Ciò ha prodotto una semplice frattura trasversale sulla prima goccia. Tutti i resto tibia fratturata a 2,2 cm. In totale, 9/9 (100%) della tibia appuntata e fratturata ha provocato fratture trasversali semplici senza perno di piegatura. La percentuale della lunghezza perno sperimentale per la lunghezza del pin di destinazione e la lunghezza di frattura sperimentale per la lunghezza di frattura di destinazione erano 101,1% e 97,6%, rispettivamente. I parametri finali sono riportati in tabella 1, che comprende anche dati rappresentativi del femore.

Utilizzando i parametri ottimizzati sviluppati sopra, una versione di prova è stato intrapreso per confrontare le fratture pre- e post-ottimizzazione. Le radiografie retrospettive sono state ottenute da precedenti fratture della tibia che sono state generate nel nostro laboratorio utilizzando un semplice ghigliottina21 senza ottimizzazione. Brevemente, le tibie erano bloccate mediante un filo di 0,029-cm. Il filo è stato inserito fino a quando la resistenza è stata sentita, retratto 3 mm, tagliare e guidato nel posto. Successivamente, il mouse è stato disposto sotto la ghigliottina con il punto di impatto circa all'inserzione del perone nella tibia. La ghigliottina è stata poi abbandonata da un livello di 10 cm. È stato raccolto un set di dati aggiuntivi di fratture che sono stati generati utilizzando la ghigliottina regolabile e parametri derivati dal protocollo di ottimizzazione (tabella 1). Ogni gruppo contiene 58 fratture nei topi 14-settimana-vecchio, genotipo-abbinato. Le radiografie sono state analizzate per la lunghezza di frattura sperimentale (EFL): la distanza tra l'articolazione calcaneal-tibiale la frattura, la lunghezza del pin sperimentale (EPL), la lunghezza dell'osso e il modello di frattura.

Utilizzando un dispositivo regolabile frattura e parametri ottimizzati (p < 0,001) ha migliorato significativamente la generazione di semplici fratture trasversali (Figura 5). Il gruppo di pre-ottimizzazione ha generato solo una semplice frattura trasversale 46,55% (27/58) del tempo, rispetto al gruppo di post-ottimizzazione che ha generato una semplice frattura trasversale 98,28% (57/58) del tempo. Solo un esemplare del gruppo post-ottimizzazione ha avuto una frattura complessa a causa di un malallineamento nella dima di posizionamento. Basato su metodi descritti nel protocollo di ottimizzazione, la lunghezza del taglio pin dovrebbe catturare il 90% della lunghezza totale dell'osso. Utilizzando i parametri di ottimizzazione e l'indicatore di taglio di perno, la percentuale della lunghezza perno sperimentale alle ossa lunghezza nel gruppo post-ottimizzazione era 92,43% rispetto al solo 83,67% nel gruppo pre-ottimizzazione (p < 0,001). L'ottimizzazione è diminuito significativamente anche la variabilità delle posizioni di frattura, la lunghezza del pin e la percentuale di lunghezza perno-osso (p < 0,001). I risultati sono riportati nella tabella 2.

Figure 1
Figura 1 : L'ottimizzazione e la generazione di una frattura di tibia semplice. Questi pannelli mostrano le radiografie laterali di una tibia murina. (A), questo pannello mostra le misure pre-frattura. La linea gialla tratteggiata indica la posizione di frattura ideale. Le sovrapposizioni di misura per la lunghezza della frattura (FL), lunghezza degli arti (LL), diametro midollare (MD) e diametro corticale (CD) sono indicate nella radiografia. (B), questo pannello mostra un test di posizione di frattura. La solida punta della freccia indica il livello della frattura in una tibia non stabilizzata per verificare i parametri di dima posizionamento. (C), questo pannello mostra un test di lunghezza perno con una radiografia pre-frattura per verificare la lunghezza del pin (PL) e indicatore di taglio. PL dovrebbe essere il 90% di riempimento LL, il canale endomidollare e non sporgono prossimalmente o distalmente. (D), questo pannello mostra una generazione di post-ottimizzazione frattura. Il contorno della punta della freccia indica il livello della frattura tibia trasversale semplice. Il pin non è piegato a livello di impatto. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

Figure 2
Figura 2 : Progettazione del dispositivo regolabile frattura. Questa figura mostra frontale, laterale e viste prospettiche del dispositivo frattura. La vista frontale include annotazioni dei componenti principali del dispositivo. La vista laterale include ingrandite dettagli che illustrano le regolazioni per la profondità di impatto (ID), l'altezza di caduta (DH) e la larghezza di incudine (AW). Peso supplementare può essere aggiunto alla ram di filettatura su pesi nella parte superiore della ram impatto indicato dalla freccia rossa. La linea tratteggiata nel dettaglio regolazione larghezza incudine indica la linea di impatto. Il centro di impatto ghigliottina sulla superficie esterna un incudine di supporto (CGI) viene utilizzato per calcolare la profondità della dima posizionamento per produrre un livello di frattura accurato e preciso. La dima di posizionamento è illustrata in dettaglio nella Figura 3A. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

Figure 3
Figura 3 : Dima di posizionamento e taglio calibro disegno. (A), questo pannello mostra dettagli del mouse dima di posizionamento. La profondità di jig (JD) può essere regolata per modificare la posizione di frattura sull'arto. Aumentando JD si sposterà la frattura prossimalmente e diminuendo JD si muoverà la frattura distale. (B), questo pannello mostra i dettagli dell'ago e l'indicatore di taglio di pin. La lunghezza del pin (PL) dovrebbe essere il 90% della lunghezza dell'arto (LL) (Figura 1A). La lunghezza del calibro di taglio (CGL) è derivata da sottraendo il PL dalla lunghezza dell'ago. In questo esempio, è stato costruito un misuratore di taglio (CGL = 1,6 cm) per delimitare un ago 27 G (lunghezza = 3,175 cm), lasciando un PL di 1,58 cm dopo il taglio. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

Figure 4
Figura 4 : Frattura di tibia e femore posizionamento. Queste sono fotografie di discendente di (A) una tibia del mousee (B) femore nel jig postulano. (A. 1) per fratture della tibia, il mouse è posto in posizione supina con la tibia nel centro delle incudini di supporto e il dorsum del piede premuto contro il jig. (B. 1) per le fratture di femore, il mouse è posizionato in posizione prona con il dorsum del piede premuto contro il jig. La linea gialla tratteggiata indica la posizione dell'impatto incudine. (A. 2 e b. 2) Le fotografie del fondo dimostrano la posizione di incudine al momento dell'impatto. Il posizionamento delle mani del ricercatore non dovrebbe interferire con l'azionamento di ram. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

Figure 5
Figura 5 . Pre- e post-ottimizzazione della generazione frattura. Questi pannelli mostrano le radiografie laterali di rappresentante fratture da (A) pre-ottimizzazione e gruppi di post-ottimizzazione frattura (B). La dimensione del gruppo era 58 topi. Punte di freccia tinta e contorni punta di freccia indicano il livello della frattura nei gruppi pre- e post-ottimizzazione, rispettivamente. (A. 1 - a. 5) pre-L'ottimizzazione fratture generate dimostrano un elevato grado di comminuzione e la variabilità del livello di frattura. Il diametro del perno riempie solo parzialmente il canale intramidollare con un alto grado di variabilità di lunghezza. L'incoerenza di lunghezza perno ha provocato fratture non stabilizzata (a. 3) e l'esposizione di pin (a. 3 – a. 5). Piegato (a. 4) ha provocato una mancanza di controllo della profondità di frattura perni e comminuzione ha contribuito ad (a. 1 - a. 5). post-Nell'ottimizzazione fratture generate (Vedi tabella 1 per il set completo di parametri), l'uso di una dima di posizionamento (Figura 3A) ha provocato una bassa variabilità delle posizioni di frattura (freccia gialla contorni). L'ottimizzazione della larghezza perno basata sulle radiografie pre-frattura ha provocato una selezione dei pin che ha riempito il canale endomidollare. L'utilizzo di un misuratore di taglio di perno (Figura 3B) ha provocato una lunghezza perno coerente. L'ottimizzazione dell'altezza di caduta e la profondità dell'impatto prodotto semplici fratture trasversali con nessun pin comminuzione o piegato. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

Abbreviazione Tibia Femore
Parametri pre-frattura
Incudine larghezza (cm) AWW 0.40 0.40
Peso (g) di RAM RW 272.00 272.00
Misure di pre-frattura
Lunghezza degli arti (cm), media ± DS LL 1.75±0.03 1.32±0.05
Corticale diametro (cm), media ± DS CD 0.10±0.00 0.15±0.01
Midollare diametro (cm), media ± DS MD 0.05±0.00 0.09±0.01
Dimensione di pin (calibro/cm) PS 27/3.175 23/3.810
Centro di ghigliottina impatto (cm) = AW / 2 CGI 0.20 0.2
Lunghezza (cm), media ± DS di frattura FL 0.56±0.02 0.64±0.01
Ottimizzazione
Pin lunghezza (cm) = 0,9 * LL PL 1.58 1.19
Profondità (cm) di impatto = 0,75 * CD ID 0.07 0,11
Taglio lunghezza (cm) = PS - PL CGL 1.60 2,62
Giga di profondità (cm) = FL - CGI JD 0.36 0,44
Altezza di caduta (cm) DH 2.20 4,40
Misure post-frattura
Sperimentale Pin lunghezza (cm), media ± DS EPL 1.60±0.06 1.19±0.04
Lunghezza perno sperimentale alla lunghezza perno (%) 101.1% 100.0%
Sperimentale frattura lunghezza (cm), media ± DS EFL 0.54±0.01 0.62±0.06
Lunghezza di frattura sperimentale alla frattura lunghezza (%) 97,6% 97,1%
Frattura trasversale semplice (%) 9/9 (100%) 9/9 (100%)

Tabella 1: Parametri di generazione frattura prima e dopo lo sviluppo del nuovo sistema ghigliottina.

Pre-ottimizzazione Post-ottimizzazione Prova Significato
Sperimentale frattura lunghezza (cm), media ± DS 0.74±0.28 0.52±0.05 t < 0,001
F < 0,001
Sperimentale Pin lunghezza (cm), media ± DS 1.47±0.21 1.57±0.09 t < 0,001
F < 0,001
Pin a lunghezza dell'osso (%), media ± DS 83.67±11.97 92.43±5.29 t < 0,001
F < 0,001
Frattura trasversale semplice (%) 46,55 98.28 Pearson < 0,001

Tabella 2: Frattura risultati prima e dopo l'ottimizzazione dei parametri.

Supplementary Figure 1
Complementare figura 1: disegno tecnico supporto sottoassieme. Questa figura mostra un disegno tecnico per l'assemblaggio dei componenti di supporto. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

Supplementary Figure 2
Complementare figura 2: disegno tecnico Ram sottoassieme. Questa figura mostra un disegno tecnico per il montaggio della ram componenti. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

Supplementary Figure 3
Complementare figura 3: blocchi di disegno tecnico. Questa figura mostra un disegno tecnico che può essere utilizzato per produrre la fermata e guidare i blocchi per l'apparato di frattura. Abbiamo usato in alluminio. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

Supplementary Figure 4
Complementare figura 4: Rod, disegno tecnico di Ram. Questa figura mostra un disegno tecnico che può essere utilizzato per produrre la ram per l'apparato di frattura. Abbiamo usato in acciaio inox. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

Supplementary Figure 5
Complementare figura 5: vite, disegno tecnico allineamento. Questa figura mostra un disegno tecnico che può essere utilizzato per modificare un socket tappo a vite per allineare la ram. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

Supplementary Figure 6
Complementare figura 6: Pate, disegno tecnico di montaggio. Questa figura mostra un disegno tecnico per la fabbricazione di piastra di montaggio per l'apparato di frattura. Abbiamo usato in alluminio. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

Supplementary Figure 7
Complementare figura 7: disegno tecnico magnete sottoassieme. Questa figura mostra un disegno tecnico per l'assemblaggio dei componenti magnete. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

Supplementary Figure 8
Complementare figura 8: montaggio, magnete disegno tecnico e CAD file. Questa figura mostra la (A) in un file di CAD (B) che possa essere usati per fabbricare il Monte Calamita e disegno tecnico (formato file: *. STL). Abbiamo 3D-stampato la parte utilizzando l'acido polilattico (PLA). Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

Supplementary Figure 9
Complementare figura 9: disegno tecnico montaggio completo e file CAD. Illustrato in figura (A) un disegno dell'Assemblea di frattura completa con i suoi componenti e (B) il file CAD tecnico (formato file: IAM). Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

Supplementary Figure 10
Complementare figura 10: staffa, disegno tecnico gamba mascella. Questa figura mostra un disegno tecnico che possa essere usato per fabbricare le staffe di gamba per l'apparato di frattura. Le staffe sono lavorate da pronta consegna 8020 staffe di angolo. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

Supplementary Figure 11
Complementare figura 11: piattaforma, frattura di disegno tecnico e CAD file. Questa figura mostra la (A) in un disegno tecnico e file CAD (B) che può essere utilizzato per la fabbricazione della piattaforma di frattura (formato file: *. STL). Abbiamo 3D-stampato la parte utilizzando l'acido polilattico (PLA). Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

Supplementary Figure 12
Complementare figura 12: Jig, disegno tecnico posizionamento frattura e file CAD. Questa figura mostra la (A) in un file di CAD (B) che possa essere usati per fabbricare la dima di posizionamento degli arti e disegno tecnico (formato file: *. STL). Abbiamo 3D-stampato la parte utilizzando l'acido polilattico (PLA). Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

Supplementary Figure 13
Complementare figura 13: Jig, disegno tecnico Pin Gauge e file CAD. Questa figura mostra la (A) in un disegno tecnico e file CAD (B) che può essere utilizzato per la fabbricazione di un misuratore di taglio di pin (formato file: *. STL). Abbiamo 3D-stampato la parte utilizzando l'acido polilattico (PLA). Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

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Discussion

Questo protocollo di generazione e l'ottimizzazione di frattura fornisce ai ricercatori un metodo efficiente per derivare i parametri di frattura ed eseguire una procedura minimamente invasiva, che produce le fratture trasversale, precise e ripetibile. Inoltre, questo protocollo costituisce un insieme comune di parametri di generazione di frattura, che favorisce la coerenza di metodo tra i ricercatori. Questi parametri consentirà la creazione di un database comune di frattura per stabilire standard di frattura basati su una varietà di parametri (ad es., età, sesso, genere e genotipo). Un'ottimizzazione delle variabili di frattura diminuisce significativamente eterogeneità campione - riducendo la quantità di tempo sprecato, perse risorse e dati inutilizzabili.

Per generare fratture accurate e precisione, è fondamentale per stabilire un insieme standardizzato di parametri di generazione di frattura che produrrà un elevato grado di specificità e ridurre la variabilità dei percorsi di frattura. Oltre alla generazione di frattura, adeguata stabilizzazione è anche necessaria per promuovere la formazione del callo di frattura e per diminuire la probabilità di non sindacale. Appuntare intramidollare è un comune metodo di fissazione usato per stabilizzare le fratture delle ossa lunghe appendicolare sia sperimentalmente che clinicamente. Internamente ha fissato le fratture tendono a guarire indirettamente - un processo che coinvolge la differenziazione dei tessuti, il riassorbimento dell'osso sulla superficie di frattura, e la successiva frattura dell'Unione tramite il callo formazione e rimodellamento. Questi processi possono essere impediti dal movimento allo svincolo di frattura e migrazione del perno all'interno della cavità midollare. Questo protocollo utilizza un metodo di fissazione che riduce il grado di spostamento nel sito di frattura segue fissazione e limita la portata della migrazione pin senza l'uso di sofisticate apparecchiature chirurgiche e tecniche che possono causare inutili danni ai tessuto osseo corticale. Generando un insieme di parametri di pin che massimizzare il contatto intramidollare per un tipo specifico del campione fornisce la stabilità necessaria per la formazione del callo corretta e rimodellamento osseo.

Dopo aver posizionato il perno intramidollare, è il prossimo passo critico sta generando una semplice frattura trasversale. Protocolli che generano fratture via applicato esternamente, contundente hanno il potenziale per produrre fratture comminute e danneggiare l'hardware di fissazione. Per attenuare queste complicazioni, è importante controllare la profondità di impatto, che deve essere pari a 0,5 x il diametro medio corticale di ogni esempio set23. Comminuzione di frattura può anche derivare dall'eccessiva forza applicata durante le procedure di trauma esterno smussato. Se la velocità di impatto supera una soglia critica, la velocità di propagazione di cricche genererà onde lo stress risultante in più siti di frattura24. È fondamentale per stabilire un'altezza peso e goccia di ram che genererà energia cinetica sufficiente per produrre una frattura, anche rimanendo sotto la soglia di velocità di impatto per la produzione di onda lo stress, riducendo la possibilità di comminuzione. Una velocità di impatto elevato causerà un caricamento rapido dell'osso, che produce l'assorbimento di energia eccessiva prima che la frattura è generato25. Sulla propagazione della frattura, l'eccessiva energia assorbita durante il caricamento viene rilasciato in modo non lineare, che produce comminuzione. Una bassa velocità di impatto e caricamento più lento dell'energia ha una maggiore probabilità di produrre una frattura lineare rispetto alla velocità di forte impatto e caricamento rapido26. Per ridurre al minimo l'incidenza di comminuzione, questo protocollo utilizza un peso di ram standard di 250 g per topi - questo può essere registrato per ospitare una specie più grande. Quando si lavora con gli animali molto giovani o quelli con una malattia conosciuta dell'osso (per esempio, osteopenia o osteosclerosi), può essere necessario diminuire il peso di ram. È importante utilizzare un peso di ram coerente quando la variabile di altezza così solo una goccia di regolazione è essere ottimizzato in un momento. Calcoli per la velocità di impatto ideale specie-produrrà le fratture più coerente di contabilità per piccole variazioni nella dimensione e morfologia dei tessuti molli dell'esemplare.

I metodi descritti sopra eliminano molte lacune di altri protocolli di generazione di frattura; Tuttavia, alcuni aspetti possono richiedere formazione per produrre in modo efficiente i risultati desiderati. Una possibile complicanza della procedura è una collocazione di pin imprecise, potenzialmente causando notevole dell'osso o dei tessuti molli. Ciò è dovuto principalmente alla visibilità limitata dell'approccio e una mancanza di sufficiente destrezza di mano bilaterale. Una fissazione interna senza un'incisione aperta può richiedere una notevole quantità di abilità dalla persona che esegue la procedura. Pertanto, è importante che lui o lei ha avuto una formazione sufficiente - sui cadaveri, se necessario - per evitare danni del morbido-tessuto in eccesso che potrebbero causare complicazioni durante il processo di guarigione. Riconoscere le strutture specificate nel protocollo (il legamento patellare, tibiale e intercondiloidea del femore) aiuterà a produrre un blocco costanti e precisi con il minimo danno dei tessuti molli. Tuttavia, l'obiettivo dello studio descritto era di non presentare una procedura dettagliata per il posizionamento del perno, ma piuttosto per descrivere i metodi per generare fratture ideale.

L'uso del misuratore di taglio si consiglia vivamente di evitare qualsiasi alesatura attraverso l'estremità prossimale del femore o estremità distale della tibia. Drill-through l'estremità prossimale del femore potrebbe causare inutili danni ai tessuti molli o dell'osso nell'anca, causando mobilità e lesioni complicazioni durante il processo di guarigione. Allo stesso modo, la scrematura attraverso l'estremità distale della tibia danneggia strutture di caviglia, alterando la meccanica di andatura, il caricamento e la formazione del callo.

Per aumentare la precisione della posizione di frattura, un jig di arto-posizionamento personalizzato può essere progettato per garantire il corretto posizionamento dell'arto all'interno del dispositivo. Un posizionamento preciso e accurato l'impatto è essenziale per generare costantemente fratture nella posizione desiderata. Il nostro laboratorio attualmente impiega due maschere: uno per metà-tibiale fratture e l'altra per metà di-femore, ma la versatilità di un design modulare e stampa 3D offre ai ricercatori la possibilità di generare fratture a una varietà di posizioni. L'aggiunta di un jig personalizzato progettato per generare fratture in una posizione particolare aumenta l'accuratezza e la precisione della generazione di frattura limitando la probabilità di errori dell'operatore.

Alcune limitazioni di questo metodo sono simili a quelle incontrate in altre tecniche di frattura chiusa esistente. Eccessivo dei tessuti molli o grasso può ostacolare la generazione delle fratture, come visto nei topi anziani o in sovrappeso. È importante notare che questo è normalmente dovuto una mancanza di forza e non ad una mancanza di profondità di impatto. Questa limitazione può essere superata aumentando il peso di ram o la velocità per aumentare l'energia cinetica applicata al sito di frattura. Questo metodo si basa anche sulla fissazione interna, che può influenzare la guarigione e disturbare la superficie endosteale dell'osso. Mentre endosteal interruzione si verifica anche clinicamente con l'inchiodatura intramidollare, se il contributo di endosteum alla riparazione di frattura è in fase di studio, la fissazione esterna o piastre possono essere un'opzione migliore. Un'ulteriore limitazione è il campione richiesto degli animali sacrificali per stabilire i parametri iniziali; Tuttavia, poiché le variabili di frattura per altri tipi di campioni sono stabilite e il database si sviluppa, dovrebbe diminuire la necessità di ulteriori campioni sacrificale.

Il protocollo descritto aumenta la precisione dei traumi indotte attraverso l'uso di parametri standardizzati specifici per tipo di campione, riducendo al minimo l'eterogeneità di frattura tipicamente osservato nelle procedure di generazione di frattura chiusa. Protocolli di generazione di frattura più correnti sono applicabili solo le specie murina e producono fratture moderatamente consistente. Spesso richiedono l'utilizzo di un tipo di campione specifico per ottenere risultati ottimali o non tengono conto delle variazioni all'interno di ceppi. Il protocollo ha presentato qui conti per variazione nella morfologia dell'osso o dimensione che può esistere tra ceppi murini e può essere adattato per generare fratture coerente in altre specie. Inoltre, l'applicazione diffusa di questo protocollo sosterrà l'adozione di un linguaggio standardizzato frattura tra i ricercatori. Utilizzando protocolli simili con variabili comuni migliorerà la coerenza di metodo e rafforzare i confronti tra gli studi. Mentre i parametri di cui sopra sono specifici di ossa lunghe murine, esiste il rischio potenziale per il protocollo di ottimizzazione di frattura essere utilizzato nei modelli di frattura supplementare, aumentando ulteriormente la versatilità di un parametro di generazione collettiva frattura database. Impiegando questo protocollo di ottimizzazione di frattura aumenterà la produzione di campioni omogenei, utilizzabile da migliorare la coerenza della posizione di frattura e modello. Il più alto rendimento percentuale dei campioni sarà diminuire lo spreco di risorse di laboratorio, ridurre il numero di animali necessari e migliorare l'efficienza di studio.

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Disclosures

Gli autori non hanno nulla a rivelare.

Acknowledgments

La ricerca riportata in questa pubblicazione è stata sostenuta dall'Istituto nazionale dell'artrite e patologie del sistema muscoloscheletrico e malattie della pelle dei National Institutes of Health, sotto Premio numero F30AR071201 e 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

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Frattura apparato Design e ottimizzazione dei protocolli per le fratture chiuse-stabilizzato in roditori
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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).

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