مقالة منهجية

نموذج عيب العظم نصف المقطع في الفئران لتقييم أداء بدائل العظام في المناطق الحاملة للأحمال

DOI:

10.3791/69211

⸱

ديسمبر 30, 2025

 ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  , 
1State Key Laboratory of Oral Diseases & National Center for Stomatology & National Clinical Research Center for Oral Diseases, West China Hospital of Stomatology, Sichuan University, 2Department of Cariology and Endodontics, West China Hospital of Stomatology, Sichuan University, 3Department of Jinjiang Outpatient, West China Hospital of Stomatology, Sichuan University

في هذه المقالة

ملخص

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

أنشأت هذه الدراسة نموذج عيب نصف مقطع في فخذ الفخذ لتقييم الأداء الميكانيكي والعظمي لمواد بدائل العظام تحت ظروف تحمل الأحمال دون استخدام تثبيت داخلي أو خارجي.

الملخص

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

يتطلب التقييم الدقيق قبل السريري لمواد بديلة العظام نماذج لا تدعم فقط تجديد الأنسجة، بل تعكس أيضا التحديات الميكانيكية للظروف الفسيولوجية الحاملة للحمل. ومع ذلك، فإن معظم نماذج عيوب عظام التقليدية لا تفشل في هذا الجانب. على سبيل المثال، نماذج العيب الفرجي، رغم استخدامها الواسع، تنشأ في المناطق غير الحاملة. وبالمثل، تركز العيوب الجزئية أو الثقب في العظام الطويلة بشكل أساسي على الشفاء الموضعي، حيث تفتقر إلى نقل الحمل الكافي لتقييم الدعم الميكانيكي. أسست هذه الدراسة نموذجا موحدا لعيوب عظم الديافيزيال نصف المقطع في عظم الفخذ لتقييم الأداء الميكانيكي والبيولوجي لمواد بديلة العظام في سياق تحمل الأحمال دون استخدام أجهزة التثبيت. باستخدام قطعة يدوية عالية السرعة وثقب أسطواني متخصص، تم إنشاء عيب نصف أسطواني يبلغ طوله 4 مم ونصف قطر 1.5 مم في العمود الأوسط الجانبي لفخذ الفخذ. تم زرع مادتين ممثلتين لهما خصائص مميزة — الهيدروجيل الجيلاتين ميثاكريلويل (GelMA) وبولي ميثيل ميثاكريلات المطبوعة ثلاثية الأبعاد (3DP-PMMA) — للتحقق من قدرة النموذج على التمييز بين الخصائص الميكانيكية للمواد. كشفت التحليلات الشعاعية والنسيجية والفلورية المناعية التي أجريت بعد 4 أسابيع من الانغراس أنه، بسبب ضعف الدعم الميكانيكي، أدى زرع GelMA إلى عدم التئام مع غلبة الأنسجة الليفية واندماج محدود للعظم. على النقيض من ذلك، سهل 3DP-PMMA تنظيم تكوين عظم جديد، واستمرارية عضلة السمك، واستقطاب خلايا قناة الأيونات الحساسة من نوع بيزو المكونة 1 (Piezo1+) وخلايا تعبير مستقبلات اللبتين (LepR+). يوفر هذا النموذج منصة عملية وقابلة للتكرار لتقييم القدرة على تحمل الأحمال، والاستحثية العظمية، وإمكانية دمج العظم للمواد الحيوية. يمكن أن يكون أداة قيمة لفحص المواد المرشحة للتطبيقات العظمية، مثل إعادة بناء العظام الطويلة أو إصلاح الكسور.

المقدمة

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

في الظروف الفسيولوجية، يلعب العظم دورا مركزيا في الحفاظ على السلامة الهيكلية والوظيفة الميكانيكية للجسم. يدعم وزن الجسم، ويمكن الحركة، ويحمي الأعضاء الداخلية. عندما يتضرر العظم بسبب الإصابة أو استئصال الورم أو العدوى، خاصة في المناطق الحاملة، يتم قطع الاستمرارية الميكانيكية. غالبا ما يؤدي هذا الاضطراب إلى مضاعفات مثل تشوه العظام، وانخفاض الحركة، وعدم استقرار الأطراف، والألم المزمن، وحتى مشاكل تهدد الحياة الناتجة عن الكسور الشديدة والنزيف 1,2. في الوقت الحاضر، تم تطبيق بدائل العظام مثل ترقيع العظام والمواد الحيوية سريريا لاستبدال الأنسجة العظمية المتضررة بشدة أو لاستعادة عيوب عظمية واسعة النطاق. وبالمثل، بالنسبة للبدائل العظمية المزروعة، يمكن أن يؤدي أدائها الميكانيكي المتدهور إلى فشل الغرسة، مما يؤدي إلى كسور غير متماسكة أو حتى كارثية في موقع العيب 3,4. لاستعادة كل من البنية والوظيفة، يجب ألا تعزز المواد البديلة للعظم فقط تجدد العظام، بل تمتلك أيضا قوة ميكانيكية كافية لتحمل الحمل الفسيولوجي5.

خطوة حاسمة قبل الترجمة السريرية هي التقييم الواقعي لما إذا كانت المادة الحيوية، بمجرد زرعها في الجسم الحي، قادرة على تلبية المتطلبات الميكانيكية المطلوبة للدعم الهيكلي في المناطق العظمية الحاملة. على الرغم من أن العديد من المواد الحيوية أظهرت وعدا في المختبر أو في النماذج الصغيرة غير الحاملة للأحمال، إلا أن ترجمتها إلى الممارسة السريرية غالبا ما تعيق بسبب نقص النماذج السريرية الموثوقة التي تحاكي الظروف الميكانيكية في الجسم الحي . تشمل النماذج الحيوانية المستخدمة حاليا لدراسات عيوب العظام عيوب الفك6، عيوب الفرج7، عيوب ثقوب الحفر في العظامالطويلة 8، تجاويف ما بعد الاستخراج9، وهكذا. تقوم هذه النماذج بشكل أساسي بتقييم القدرة العظمية للمادة والتركيز على نقاط التجديد النسيجي أو الإشعاعي10،11. ومع ذلك، وبالنظر إلى أن هذه المواقع إما غير حاملة للحمل أو محمية ميكانيكيا، فهي تفشل في محاكاة ظروف الإجهاد الديناميكي التي تواجهها العظام الطويلة12. حتى عند اختبار الخصائص الميكانيكية بواسطة تقنيات في المختبر مثل اختبارات قوة الضغط أو الشد، تفشل هذه التقنيات في تكرار التحميل الديناميكي وتفاعلات الأنسجة المضيفة المتأصلة في بيئات الجسم الحي13.

فجوة كبيرة في البحث ما قبل السريري لا تزال غياب نموذج حيواني موحد وقابل للتكرار يسمح بتقييم ميكانيكي في الجسم الحي لبدائل العظام تحت ظروف تحمل الأحمال. لمعالجة ذلك، أنشأت الدراسة الحالية نموذجا نصف مقطعي لعيوب عظم الديافيزيال في الفئران. يوفر هذا النموذج موقع عيوب مستقر وقابل للتكرار في منطقة تحمل الأحمال، مما يتيح تقييما مباشرا للقدرة الميكانيكية للدعم الميكانيكي لمواد بديلة العظام تحت الحمل الفسيولوجي، مع السماح في الوقت نفسه بتقييم نتائج العظام. علاوة على ذلك، يمكن تطبيق النموذج على أنواع مختلفة من، مع تعديل حجم وموقع العيب حسب المستخدم. ومع ذلك، لا يحاكي بشكل كامل البيئة البيوميكانيكية المعقدة للعظام البشرية، وللدراسات التي تركز فقط على العيوب غير الحاملة للحمل، أو شفاء عظام الجمجمة، أو الزرعات الهيكلية الكبيرة جدا، قد تكون النماذج البديلة أكثر ملاءمة.

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

البروتوكول

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

جميع الإجراءات الحيوانية التي أجريت في هذه الدراسة حصلت على موافقة اللجنة الأخلاقية لكلية غرب الصين لطب الأسنان بجامعة سيتشوان (WCHSIRB-AT-2025-342). تم الحصول على ذكور فئران سبراج-داولي (كل منها 180 جراما) من مصدر تجاري وتم توزيعها عشوائيا إلى مجموعتين (n = 6 لكل مجموعة) وفقا للمادة المزروعة. المواد المستخدمة والمواد المستخدمة مدرجة في جدول المواد.

1. التحضير قبل العملية

  1. الأدوات الجراحية
    1. جهز الأدوات الجراحية التي تشير إلى الشكل 1A، والتي تتوافق مع الملصقات المرقمة في الشكل، بالترتيب التالي: ملقط منحني، مشرط معقم قابل للاستخدام، مقص مستقيم، مصعد شحاضي، إبرة ري، دفء ماسي معين لطب الأسنان (انظر العرض الموسع في الشكل 1B)، قطعة يد عالية السرعة، كالبر فيرنييه، محرك جراحي، غرزة أحادية الخيط (4-0)، وحامل الإبرة.
    2. جهز محلول ملحي معقم بنسبة 0.9٪ للري.
  2. التعقيم والتعقيم
    1. تعقيم الأدوات الجراحية التي تتحمل التعقيم الداخلي، بما في ذلك الملقط المنحني، والمقص، ومصعد السباق، وثقب الماس السني، وقطعة اليد عالية السرعة، وحامل الإبرة.
      ملاحظة: يجب تغليف الأدوات بأقمشة طبية غير منسوجة وإغلاقها بشريط الأوتوكلاف لتعقيم بالبخار عند 121-134 درجة مئوية لمدة 20-25 دقيقة.
    2. بالنسبة للأدوات الحساسة للحرارة، مثل الكاليبر الفيرنييه والمحرك الجراحي، تعريضها للضوء فوق البنفسجي لمدة لا تقل عن 30 دقيقة للتعقيم. يجب أن تبقى العناصر القابلة للاستخدام مرة واحدة، مثل المشرط المعقم القابل للاستخدام، وإبرة الري، والغرز، مغلقة في عبوتها المعقمة الأصلية حتى الاستخدام.
    3. تأكد من أن بيئة الجراحة معقمة ومضبوطة على درجة الحرارة. امسح طاولة الجراحة والأسطح المحيطة بها بنسبة 75٪ إيثانول. استخدم أقمشة غير منسوجة معقمة وطبية لتغطية طاولة العمليات.
      تحذير: الإيثانول قابل للاشتعال؛ يتعامل مع الجهد بعيدا عن مصادر الإشعال ويخزن في حاويات مغلقة. اجمع نفايات الإيثانول في حاويات مخصصة للنفايات الكيميائية للتخلص بشكل صحيح. ارتد معدات الحماية الشخصية المناسبة، بما في ذلك القفازات، ومعطف المختبر، ونظارات السلامة.
  3. التخدير
    1. زن الفأر وحساب جرعة التخدير (100 ملغ/كغ من الكيتامين و10 ملغ/كغ من الزيلزين، داخل الصفاق).
    2. تحفز التخدير قبل 20 دقيقة من الجراحة (وفقا لبروتوكولات معتمدة من المؤسسة) وتأكد من عمقها بفحص عدم الاستجابة لضغط إصبع القدم وفقدان رد فعل التصحيح.
    3. ضع مرهم العيون على كلتا العينين لمنع جفاف القرنية أثناء الإجراء.

2. الإجراء الجراحي

  1. تحضير الموقع
    1. ضع الفأر في وضعية استلقاء جانبية على الطاولة الجراحية المعقمة. احلق منطقة الفخذ الجانبية المقابلة لبروز الفخذ وقم بتعقيم الجلد باستخدام صبغة يود بنسبة 2٪، تليها 75٪ إيثانول (الشكل 2Ba).
      تحذير: صبغة اليود قابلة للاشتعال ومهيجة. أمسك في مكان جيد التهوية وارتداء قفازات ومعطف مختبر ونظارات أمان. تخلص من المناديل والمحاليل المستخدمة في حاويات النفايات الكيميائية المخصصة وفقا للوائح السلامة المؤسسية.
    2. غط موقع الجراحة بغطاء معقم مغطى بالمقبض للحفاظ على التعمق.
  2. افتتاح موقع العمليات الجراحية
    1. استخدم الملقط المنحني للمساعدة في تثبيت الأنسجة، وتثبيت العضلات، وتثبيت عظم الفخذ بلطف طوال العملية الجراحية (الشكل 2Bb-h).
    2. قم بعمل شق جلدي طولي بطول 2-3 سم فوق الجانب الجانبي للفخذ باستخدام مقص مستقيم لكشف العضلات الأساسية (الشكل 2Bb).
    3. حدد عضلات المستقيم الفخذي وعضلة الفاستوس الجانبية، وافصلهما بعناية على طول اللفافة البيضاء المرئية (المشار إليها بالسهم الأصفر في الشكل 2Bb) باستخدام مقص مستقيم (الشكل 2Bc).
    4. حدد موقع وكشف الروابط العضلية على السطح الجانبي لعظم الفخذ (الشكل 2Bd).
    5. قم بعمل شق طولي على طول وصلات العضلات باستخدام مشرط معقم قابل للتخلص من مرة واحدة للوصول إلى سطح الفخذ (الشكل 2Be).
      ملاحظة: عند إجراء تشريح حاد (باستخدام المقص أو المشرط) لفصل الأنسجة الرخوة، احرص على عدم إلحاق الضرر بالأوعية الدموية والأعصاب الأساسية. إذا لم تكن على دراية بالهياكل التشريحية، استخدم ملقطا دقيقا ومصعدا من السحاق لإجراء تشريح غير حاد.
    6. قم بإجراء تشريح حاد باستخدام مصعد السحاج لفصل وصلات العضلات وكشف منتصف الحجاب الكامل لعظم الفخذ (الشكل 2Bf).
    7. افصل عظم الفخذ عن العضلات المحيطة واثبت العمود الأوسط لعظم الفخذ باستخدام ملقط منحني (الشكل 2Bg).
  3. تأسيس نموذج عيب العظم نصف المقطع
    1. قم بتثبيت الماسة الأسطوانية المسطحة ذات النهاية المحددة السنية (الشكل 1B) على قطعة اليد عالية السرعة، وتعمل بواسطة المحرك الجراحي. اضبط محرك الجراحة على 35,000 دورة في الدقيقة.
    2. عند التصور المباشر، حدد أعلى نقطة في منتصف العمود الفخذي كمركز تشريحي لتكوين العيوب. احفر عموديا للأسفل عند هذه النقطة باستخدام الشف حتى يلاحظ فقدان مفاجئ للمقاومة، مصحوبا بظهور انزلاق دم داخل العيب، مما يشير إلى اختراق كامل للقشرة والوصول إلى تجويف النخاع (الشكل 2Bh).
      ملاحظة: نظرا لتفاوت سمك القشور بين بين، ينصح المشغلون بالتعرف على تشريح الفخذ وإجراء تدريبات ما قبل التجربة لتوحيد هذه الخطوة.
    3. قم بتكبير العيب بتطبيق حركات دفع وسحب أفقية محكومة تتمركز حول نقطة الاختراق الأولية. تمد العيب طوليا (على طول محور الفخذ) وجانبيا (على طول قطر الفخذ) لتشكيل تدريجيا عيب نصف أسطواني معياري يبلغ طوله 4 مم ونصف قطر 1.5 مم (الشكل 2Bi، انظر الشكل 2A لشكل وموقع العنب).
      ملاحظة: بمجرد تثبيت نقطة المركز، استخدم كاليبر فيرنييه للمساعدة في تكبير العيوب تدريجيا، مما يضمن تساويا في الأبعاد عبر جميع العينات. التصميم الأسطواني المسطح للبثقل السني المتخصص يتطابق مع العيب شبه الأسطواني، مما يسمح بتحضير فعال وقابل للتكرار.
    4. قم بغسل موقع الجراحة باستمرار باستخدام محلول ملحي معقم باستخدام إبرة الري لمنع النخر الحراري أثناء قطع العظام.
  4. زرع بديل عظمي
    1. قم بإزالة بقايا العظام بلطف وغسل الموقع لإزالة الجزيئات المتبقية.
    2. زرع هيدروجيلات الجيلاتين غير الحاملة للحمل (GelMA) (انظر جدول المواد) أو مولع الميثيل الثلاثي الأبعاد الحاملة للتحميل (3DP-PMMA) المخصصة لاختبار الأداء الميكانيكي في موقع العيب، لضمان تركيب محكم (الشكل 2Bj).
      ملاحظة: تم اختيار المادتين الحيويتين المستخدمتين هنا عمدا لتمثيل الخصائص الميكانيكية والبيولوجية المتباينة: يعمل هيدروجيل GelMA كمادة ناعمة وغير حاملة للأحمال ذات إمكانات عظمية محدودة، بينما يعمل 3DP-PMMA كسقالة صلبة تحمل الأحمال قادرة على نقل الإجهاد الفعال ودعم تكوين العظام14 (الشكل 2A). يبرز هذا التباين قدرة النموذج على تقييم الزرعات ذات مجموعة واسعة من القوة الميكانيكية والأداء البيولوجي، وفي الممارسة العملية، يمكن تطبيق نموذج العيب لاختبار مواد مرشحة أخرى ذات خصائص ميكانيكية.
  5. إغلاق موقع العمليات الجراحية
    1. قم بخياطة طبقات العضلات باستخدام غرز أحادية 4-0 وحامل إبرة، مع الحرص على تجنب التوتر الزائد (الشكل 2Bk).
    2. قم بإغلاق الجلد باستخدام غرز متقطعة وتعقيم موقع الجراحة باستخدام محلول يودوفور بنسبة 2٪ (الشكل 2Bl).

3. الرعاية بعد العملية

  1. انقل الفئران إلى وسادة مطهرة ودائمة الحرارة (37 درجة مئوية) للسماح بالتعافي بعد العملية.
  2. أعط مسكنات الألم المناسبة بعد العملية (مثلا، بوبرينورفين بجرعة 0.03 ملغ/كغ تحت الجلد كل 12 ساعة لمدة 48-72 ساعة).
  3. بمجرد أن تستعيد الفئران وعيه، وضعها في أقفاص نظيفة مع فراش ناعم وسهولة الوصول إلى الطعام والماء.
  4. راقب موقع الجراحة يوميا بحثا عن علامات العدوى أو الانفصال أو التورم غير الطبيعي. راقب سلوك الفئران ووزنها وحركتها لمدة لا تقل عن 7 أيام بعد الجراحة لضمان التعافي وتقييم حالتها الطبيعية.

4. جمع العينات وجمع البيانات

  1. جمع عينات
    1. قتل الفئران باستنشاق ثاني أكسيد الكربون تليها تأكيد ثانوي (وفقا لبروتوكولات معتمدة مؤسسيا).
    2. اجمع عينات عظم الفخذ بعد 4 أسابيع من الزرع مع التي تم تجمعها عشوائيا في البداية إلى مجموعتين ماديتين (n = 6 لكل مجموعة) لتقييم الأداء الميكانيكي للمواد.
      ملاحظة: في مجموعة GelMA، تطورت ثلاثة لكسور كاملة بعد الجراحة بفترة وجيزة وتم استبعادها، مما ترك ثلاث عينات متاحة للتحليلات اللاحقة.
    3. ثبت عينات الفخذ في 4٪ بارافورمالديهيد لمدة 48 ساعة عند 4 درجات مئوية.
      تحذير: البارافورمالديهايد سام ويجب التعامل معه في غطاء بخار معتمد. ارتد قفازات، ومعطف مختبر، ونظارات أمان أو واقي وجه. اجمع محاليل النفايات في حاويات نفايات كيميائية خطرة موسومة للتخلص منها.
  2. تقييم التصوير المقطعي المحوسب الدقيق (μCT)
    1. إجراء مسح ميكرو مقطعي على عينات عظم الفخذ التي جمعت بعد 4 أسابيع من الزرع باستخدام المعايير التالية: جهد أنبوب الأشعة السينية، 70 كيلو فولت؛ شدة الأشعة السينية، 0.2 مللي أمبير؛ الفلتر، AL 0.5 مم؛ زمن التكامل، 1 × 300 مللي ثانية؛ وحجم فوكسل، 17 ميكرومتر.
    2. قم بإعادة بناء ثلاثية الأبعاد باستخدام السكريبتات المحددة مسبقا في برنامج آلة μCT. توليد صور مقطعية لموقع العيب باستخدام وظيفة إعادة التقطيع في برنامج معالجة الصور المخصص. اتبع سير العمل القياسي كما هو موضح في الأدلة البرمجية المعنية.
  3. التلوين النسيجي
    1. قم بإزالة الكالسيف من العينات عند درجة حرارة 4 درجات مئوية باستخدام حمض الإيثيلين ديامين تترا أسيتيك (EDTA) بنسبة 12٪ (درجة الحموضة 7.2) لمدة 6 أسابيع على جهاز الهزاز.
      ملاحظة: استبدل محلول EDTA كل يومين. تحقق من تقدم إزالة بانتظام. تكتمل إزالة الكالسية عندما تكون العينة مرنة تحت الضغط أو تمر بإبرة.
      تحذير: التخلص من محاليل EDTA وفقا للإرشادات المؤسسية للنفايات الكيميائية المائية. يجب التعامل مع المواد البيولوجية الملوثة كنفايات بيولوجية خطرة.
    2. جفف العينات في سلسلة متدرجة من مخففات الإيثانول ثم دمرها في البارافين.
    3. اقطع العينات المدمجة بالبارافين بشكل ساج إلى شرائح بسماكة 6 ميكرومتر.
      ملاحظة: تأكد من أن الأقسام تتضمن الواجهة بين المادة المزروعة والأنسجة المضيفة.
    4. قم بإجراء تلوين الهيماتوكسيلين-إيوسين (H&E) وصبغة ماسون الثلاثية الألوان باستخدام مجموعات تجارية متوفرة (انظر جدول المواد). نفذ جميع الإجراءات بدقة وفقا لبروتوكولات الشركة المصنعة القياسية دون أي انحرافات. راقب شفاء موقع العيوب من خلال علم الأمراض النسيجية.
      تحذير: التخلص من محاليل التلوين والمواد الاستهلاكية الملوثة وفقا لبروتوكولات السلامة البيولوجية المؤسسية والتخلص من النفايات الخطرة.
  4. التلوين المناعي الفلوري (IF)
    1. إزالة البارافينات وإعادة ترطيب شرائح البارافين بسماكة 6 ميكرومتر باستخدام سلسلة من محاليل الزيلين والإيثانول المتدرجة.
      تحذير: الزيلين قابل للاشتعال وسام. تعامل مع الزيلين في غطاء بخار أثناء ارتداء القفازات ومعطف المختبر ونظارات السلامة. اجمع مذيبات النفايات بشكل منفصل في حاويات النفايات الكيميائية للتخلص منها بشكل مناسب.
    2. قم بسحب المستضدات عن طريق حضان الشرائح في مخزن السترات (pH 6.0) عند 95-100 درجة مئوية لمدة 15-20 دقيقة. دع الشرائح تبرد طبيعيا إلى درجة حرارة الغرفة.
    3. اغسل الأقسام بمحلول ملحي مخزن بالفوسفات (PBS) لمدة 5 دقائق واعتالجه بمحلول Triton X-100 بنسبة 0.1٪ في PBS لمدة 20 دقيقة لتسهيل اختراق الأجسام المضادة. ثم قم بحجب مواقع الارتباط غير المحددة بألبومين مصل البقري (BSA) بنسبة 5٪ في PBS لمدة ساعة في درجة حرارة الغرفة.
      تحذير: ترايتون X-100 مصدر إزعاج؛ المقبض عليه بالقفازات، ومعطف المختبر، ونظارات السلامة في منطقة مهواة. تخلص من محاليل Triton X-100 كنفايات كيميائية في حاويات مخصصة. بالنسبة لجميع الإجراءات، يجب اعتبار المحاليل التي تلامست أجزاء الأنسجة، مثل BSA وPBS، نفايات بيولوجية ويجب جمعها والتخلص منها وفقا لبروتوكولات السلامة الحيوية المؤسسية.
    4. حضن الأقسام بالأجسام المضادة الأولية (مكون قناة الأيونات الحساسة من نوع مضاد بيزو 1 (بيزو1)، مخفف 1:200؛ مستقبل مضاد لبتين (LepR)، مخفف بنسبة 1:50) في مخزن تخفيف الأجسام المضادة. ضع 50 ميكرولتر من محلول الأجسام المضادة المخفف على كل قسم وحضن لمدة 12-18 ساعة عند 4 درجات مئوية في الظلام في غرفة رطبة.
    5. اغسل الشرائح ب PBS (3 × 5 دقائق)، ثم حضنها بأجسام مضادة ثانوية متقاربة بالفلوروفور (مخفف 1:200). ضع 50 ميكرولتر من محلول الأجسام المضادة المخفف على كل قسم وحضانه لمدة ساعتين في درجة حرارة الغرفة في الظلام في غرفة رطبة.
    6. اشطف الشرائح مرة أخرى في PBS (3 × 5 دقائق)، ثم قم بصبغ النوى بقطر 4',6-دياميدينو-2-فينيليندول (DAPI) (مخفف 1:50) لمدة 5 دقائق.
    7. ثبت الأقسام باستخدام وسط تثبيت مضاد التلاشي وغطيه بغطاء داخلي.
    8. تصور والتقاط الصور باستخدام مجهر كونفوكال ليزر مع إعدادات مرشح مناسبة.

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

النتائج

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

في هذه الدراسة، تم تأسيس نموذج عيب عظمي الديافيزيال نصف المقطع في الفئران من خلال حفر عيب يبلغ طوله 4 مم ونصف قطر 1.5 مم عند منتصف عمود الفخذ مع بور أسطواني مسطح النهايات الماس السني المحدد (الشكل 2A). لإثبات قدرة النموذج على اختبار الأداء الميكانيكي والبيولوجي للمواد، قمنا بتعيين مجموعتين للمقارنة، مع العيوب المزروعة إما بهيدروجيل GelMA أو 3DP-PMMA (الشكل 3، الشكل 4، والشكل 5

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

المناقشة

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

بعيدا عن الخصائص التي يتم التركيز عليها على نطاق واسع للحثية العظمية، والتكامل العظمي، والتوافق الحيوي5، فإن الاستجابة الميكانيكية والقدرة على تحمل الحمل للبدائل العظمية لا تقل أهمية عن ذلك، خاصة لإصلاح العيوب في العظام الحاملة للوزن22. تعتمد التقييمات التقليدية للأداء الميكانيكي عادة على طرق الاختبار المختبي، مثل آلات الاختبار الشاملة، اختبار الضغط، أو تحليل قوة الشد 23,24,25.

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

الإفصاحات

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

جميع البيانات والصور الأصلية مدرجة في هذه الورقة. يعلن المؤلفون عدم وجود تضارب مصالح.

شكر وتقدير

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

وقد دعمت هذه الدراسة مؤسسة العلوم الطبيعية في مقاطعة سيتشوان (2025ZNSFSC0754).

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

المواد

قائمة المواد المستخدمة في هذه المقالة
الاسمالشركةرقم فهرسيالتعليقات
محلول يودوفور بنسبة 2٪شركة تشنغدو جينشان للكاشف الكيميائي المحدودة.لا شيء
بولي ميثيل ميثاكريلات مطبوعة ثلاثية الأبعاد (3DP-PMMA)بلطف من كلية علوم وهندسة البوليمرات بجامعة سيتشوانلا شيء
4٪ بارافورمالديهيدبايوشاربBL539A
75٪ إيثانولشركة تشنغدو جينشان للكاشف الكيميائي المحدودة.لا شيء
كرات القطنمجموعة هايشي هاينو،   المحدودة.لا شيء
أعواد القطنشركة لاكونغ للأجهزة الطبية المحدودةلا شيء
حل التلوين DAPIBeyotime Cat#C1005
مشرط معقم قابل للتخلصشركة هواوي للمستلزمات الطبية في هانغتشو المحدودة.20100227
الهيدروجيلز الجيلاتين ميثاكريلويل (GelMA)بلطف من كلية علوم وهندسة البوليمرات بجامعة سيتشوانلا شيء
جيل ما 20٪سيلينكIKG125000005
ماعز مضاد للفأر IgG H& L (أليكسا فلور وسجل 594)أبكامab150116
ماعز مضاد للأرنب IgG H& L (أليكسا فلور وسجل 488)أبكامab150077
مجموعة صبغة الهيماتوكسيلين وإيوزينبايوشاربC1005
قطعة يد عالية السرعةشركة فوشان SCS للأدوات الطبية المحدودة.9018499000
إبرة الريشركة سيتشوان للمنتجات البوليمرية الطبية للقرن الجديد المحدودة.لا شيء
ماسون مجموعة التلوين الثلاثية الألوانسولاربيولوجياG1340
الأقمشة الطبية غير المنسوجةشركة هينان يادو الصناعية المحدودة؛لا شيء
الأقمشة الطبية غير المنسوجةشركة هينان يادو الصناعية المحدودة؛لا شيء
التصوير المقطعي المحوسب الدقيق (وميكرو؛ CT) شركة سكانكو الطبيةμ CT 45
يحاكي 20.0 للصور المقطعية (دالة إعادة التقطيع)الظهورلا شيء
حاملات الإبرشركة تشنغدو شيفنغ المحدودة.لا شيء
الجسم المضاد لمستقبلات OB-R/ليبتين (B-3)سانتا كروزSC-8391
نظام مسح الشرائح بالكامل من فئة أوليمبوس البحثية VS200شركة تشنغدو لتقنية المعرفة المحدودةVS200
مصعد البيريوستيلشركة تشنغدو شيفنغ المحدودة.لا شيء
الأجسام المضادة PIEZO1نوفوسNBP1-78446
محلول ملحيشركة سيتشوان كيلون للأدوية المحدودة.لا شيء
برنامج Scanco الطبي لإعادة بناء الصور ثلاثية الأبعاد (سكريبتات محددة مسبقا)شركة سكانكو الطبيةلا شيء
النفط الماسي السني المحدد (TF-22/170-021m/845-021m)شركة ديانتونغ لمواد الأسنانلا شيء
جرذان سبراج-داولي  شركة بيرنس وايل للتكنولوجيا الحيوية المحدودةلا شيء
المقص المستقيمشركة تشنغدو شيفنغ المحدودة.لا شيء
الجراحة الحركيةماراثونN3-140232
الغرز الجراحية (4-0 مونوفلامنت)شركة هواوي للمستلزمات الطبية في هانغتشو المحدودة.لا شيء
فيرنييه كاليبرديليDL91150

المراجع

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Mitchnik, I. Y., et al. Femur fractures and hemorrhagic shock: Implications for point of injury treatment. Injury. 53 (10), 3416-3422 (2022).
  2. Mitchell, S. A. T., Majuta, L. A., Mantyh, P. W. New insights in understanding and treating bone fracture pain. Curr Osteoporos Rep. 16 (4), 325-332 (2018).
  3. Ritchie, R. O. The conflicts between strength and toughness. Nat Mater. 10 (11), 817-822 (2011).
  4. Carson, J. S., Bostrom, M. P. G. Synthetic bone scaffolds and fracture repair. Injury. 38 (1 Suppl ), S33-S37 (2007).
  5. Janicki, P., Schmidmaier, G. What should be the characteristics of the ideal bone graft substitute? Combining scaffolds with growth factors and/or stem cells. Injury. 42, S77-S81 (2011).
  6. Zandi, M., Dehghan, A., Talimkhani, I., Rezaeian, L., Mohammad Gholi Mezerji, N. Histological evaluation of the healing process of autografted mandibular bone defects in rats under treatment with zoledronate. J Cranio Maxillofac Surg. 47 (11), 1779-1786 (2019).
  7. Wu, J., et al. The establishment of calvarial suture-bony composite defects in rats: A standardized model for suture-regenerative therapy investigation. J Vis Exp. (207), e66417(2024).
  8. Chen, Y., Wu, J., Li, F., Ye, L., Wang, H. Creating a box-cavity defect model in the cortical bone of rat femora. J Vis Exp. (201), e66068(2023).
  9. Yu, C., Yu, F., Li, F., Ye, L. The establishment of a murine mandibular molar extraction socket healing model. J Vis Exp. (191), e64855(2023).
  10. Han, L., et al. 3D magnetic nanocomposite scaffolds enhanced the osteogenic capacities of rat bone mesenchymal stem cells in vitro and in a rat calvarial bone defect model by promoting cell adhesion. J Biomed Mater Res A. 109 (9), 1670-1680 (2021).
  11. Han, Z., Bhavsar, M., Leppik, L., Oliveira, K. M. C., Barker, J. H. Histological scoring method to assess bone healing in critical size bone defect models. Tissue Eng Part C Methods. 24 (5), 272-279 (2018).
  12. Gomes, P. S., Fernandes, M. H. Rodent models in bone-related research: the relevance of calvarial defects in the assessment of bone regeneration strategies. Lab Anim. 45 (1), 14-24 (2011).
  13. Tsiklin, I. L., Shabunin, A. V., Kolsanov, A. V., Volova, L. T. In vivo bone tissue engineering strategies: advances and prospects. Polymers. 14 (15), 3222(2022).
  14. Long, S., et al. Architecture mechanics mediated osteogenic progression in bone regeneration of artificial scaffolds. Sci Adv. 11 (29), eadv8804(2025).
  15. Man, K., et al. GelMA hydrogel reinforced with 3D printed PEGT/PBT scaffolds for supporting epigenetically-activated human bone marrow stromal cells for bone repair. J Funct Biomater. 13 (2), 41(2022).
  16. Chen, N. Embedded 3D printing and pressurized thermo-curing of PMMA for medical implants. J Mech Behav Biomed Mater. 146, 106083(2023).
  17. Einhorn, T. A., Gerstenfeld, L. C. Fracture healing: mechanisms and interventions. Nat Rev Rheumatol. 11 (1), 45-54 (2015).
  18. Ikeda, T., et al. Stimulation of osteogenesis in bone defects implanted with biodegradable hydroxyapatite composed of rod-shaped particles under mechanical unloading. Acta Histochem Cytochem. 45 (5), 283-292 (2012).
  19. Du, Y., Xu, B., Li, Q., Peng, C., Yang, K. The role of mechanically sensitive ion channel Piezo1 in bone remodeling. Front Bioeng Biotechnol. 12, 1342149(2024).
  20. Tadge, T., et al. The role of Piezo1 and Piezo2 proteins in tissue engineering: a comprehensive review. Eng Regen. 5 (2), 170-185 (2024).
  21. Prasad, P., Cancelas, J. A. From marrow to bone and fat: exploring the multifaceted roles of Leptin receptor positive bone marrow mesenchymal stromal cells. Cells. 13 (11), 910(2024).
  22. Hart, N. H., et al. Mechanical basis of bone strength: influence of bone material, bone structure and muscle action. J Musculoskelet Neuronal Interact. 17 (3), 114-139 (2017).
  23. Zhong, J., He, D. Combination of universal mechanical testing machine with atomic force microscope for materials research. Sci Rep. 5 (1), 12998(2015).
  24. El Kommos, A., Jackson, A. R., Andreopoulos, F., Travascio, F. Development of improved confined compression testing setups for use in stress relaxation testing of viscoelastic biomaterials. Gels. 10 (5), 329(2024).
  25. Lietaert, K., Cutolo, A., Boey, D., Van Hooreweder, B. Fatigue life of additively manufactured Ti6Al4V scaffolds under tension-tension, tension-compression and compression-compression fatigue load. Sci Rep. 8 (1), 4957(2018).
  26. Bignardi, C., Terzini, M. Novel load systems for in vitro testing of biomaterials and medical devices. Materials. 16 (2), 465(2023).
  27. Teti, A. Bone development: overview of bone cells and signaling. Curr Osteoporos Rep. 9 (4), 264-273 (2011).
  28. McGovern, J. A., Griffin, M., Hutmacher, D. W. Animal models for bone tissue engineering and modelling disease. Dis Model Mech. 11 (4), dmm033084(2018).
  29. Malda, J., et al. 25th anniversary article: engineering hydrogels for biofabrication. Adv Mater. 25 (36), 5011-5028 (2013).
  30. Altmann, B., et al. Promotion of osteoblast differentiation in 3D biomaterial micro-chip arrays comprising fibronectin-coated poly(methyl methacrylate) polycarbonate. Biomaterials. 32 (34), 8947-8956 (2011).
  31. Bastidas-Coral, A. P., et al. Polymethyl methacrylate does not adversely affect the osteogenic potential of human adipose stem cells or primary osteoblasts. J Biomed Mater Res B Appl Biomater. 108 (4), 1536-1545 (2020).
  32. Öztürk, Z., Tosun, B. Comparison of 3D printed and conventional denture base materials in terms of durability and performance characteristics. Sci Rep. 15, 18234(2025).
  33. Wu, J., et al. Transcriptomic and cellular decoding of scaffolds-induced suture mesenchyme regeneration. Int J Oral Sci. 16 (1), 33(2024).
  34. Kan, C., et al. BMP-dependent, injury-induced stem cell niche as a mechanism of heterotopic ossification. Stem Cell Res Ther. 10 (1), 14(2019).
  35. Bao, X., et al. 3D biomimetic artificial bone scaffolds with dual-cytokines spatiotemporal delivery for large weight-bearing bone defect repair. Sci Rep. 7 (1), 7814(2017).

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

إعادة الطباعة والأذونات

طلب إذن لإعادة استخدام النص أو الأشكال في مقالة JoVE هذه

طلب إذن

الوسوم

Bone Defect ModelLoad Bearing BoneDiaphyseal DefectRat Femur ModelBone Substitute Evaluation3D Printed PMMAGelatin Methacryloyl HydrogelMechanical Performance TestingOsseointegration AssessmentImmunofluorescence Staining

مقالات ذات صلة