تصميم جهاز الكسر وبروتوكول الأمثل لكسور مغلقة-استقرت في القوارض
أغسطس 14, 2018
وهدف البروتوكول تحسين معلمات جيل كسر تؤتي يتسق الكسور. ويمثل هذا البروتوكول للتغيرات في حجم العظام ومورفولوجيا التي قد تكون موجودة بين الحيوانات. بالإضافة إلى ذلك، يتم وصف جهاز كسر، فعالة من حيث التكلفة وقابلة للتعديل.
يمكن أن تساعد هذه الطريقة في الإجابة على الأسئلة الرئيسية في مجال بيولوجيا العظام ، مثل التدخلات التي تعزز التئام الكسور. الميزة الرئيسية لهذه التقنية هي أنها توفر طريقة بسيطة لاشتقاق المعلمات لتوليد كسور متسقة. لتحديد منطقة الكسر ، احصل على صور شعاعية لعظم الفخذ أو الساق المراد كسرها في عينة تمثيلية من خمسة قتلا.
يتم عرض صور الساق هنا. حدد الموقع المطلوب للكسر على الصورة الشعاعية للطرف المراد كسره. قم بالقياس من مفصل الظنبوب العقبي إلى مستوى الكسر الملحوظ.
احسب متوسط طول الكسر لجميع عينات التجربة. على جهاز الكسر القابل للتعديل ، قم بقياس المسافة من السطح الخارجي لسندان دعم واحد إلى مركز تأثير المقصلة. اطرح مركز تأثير المقصلة من طول الكسر لحساب عمق الرقصة لتحديد موضع الكسر ، أو JD. آلة أو 3D طباعة قناة على شكل حرف U بارتفاع وعرض يساوي السندان وعمق يساوي JD. ضع العينة في جهاز الكسر في وضع الانبطاح لكسور عظم الفخذ ، أو في وضع ضعيف لكسور الساق.
اضغط على ظهر القدم مقابل نهاية رقصة وضع الكسر. اضغط على المقصلة يدويا حتى تنكسر الأطراف. احصل على صورة شعاعية للطرف المكسور لتأكيد حجم الرقصة وموقع الكسر.
لتحديد طول الدبوس ، قم بقياس طول الطرف من هضبة الظنبوبة إلى مستوى الكعب الخلفي لكسور الساق. لتحديد عرض الدبوس ، قم بقياس الحد الأدنى للقطر النخاعي في الطرف المكسور. حدد إبرة بمقياس يعادل تقريبا قطر النخاع وطول أكثر من 1.5 مرة في طول الدبوس.
حجم الدبوس التقريبي لفأر C57 الأسود البالغ من العمر 14 أسبوعا هو 27 مقياسا ، وبوصة وربع بوصة ، و 22 مقياسا ، وبوصة ونصف للظنبوب وعظم الفخذ ، على التوالي. آلة أو 3D طباعة مقياس بطول يساوي طول الدبوس مطروحا منه طول الإبرة. يجب أن يكون لأحد الطرفين نتوء ليستقر على محور الإبرة والآخر يجب أن يشير إلى مكان قطع الدبوس.
استخدم ماكينة قص كهربائية أو كريم مزيل الشعر لإزالة الشعر من أرجل العينات التجريبية غير المكسورة من منتصف الظنبوب إلى منتصف عظم الفخذ ، مما يؤدي إلى تعريض مفصل الركبة. لتثبيت الظنبوب ، أدخل الإبرة عن طريق الجلد ، بشكل جانبي في الرباط الرضفي. اسحب الرباط الرضفي وسطيا وقم بمحاذاة طرف الإبرة إلى محور الساق.
باستخدام حركة التوسيع ، قم باختراق هضبة الظنبوبك برفق وقم بتوجيه الإبرة إلى أسفل التجويف النخاعي. بعد ذلك ، استخدم المقياس والرميز حتى تصبح الإبرة المكشوفة مساوية لطول المقياس. اسحب الإبرة حوالي ثلاثة ملليمترات ، لتوفير مساحة كافية لقطع الإبرة عند المستوى المشار إليه بواسطة المقياس.
قمبتجعيد 3 ملليمترات من الطرف البعيد للدبوس باستخدام قاطع دبوس ، ثم قم بقص الدبوس على مستوى المقياس. قم بمزامنة الدبوس مع السطح المفصلي باستخدام قضيب بقطر 1.5 مرة أكبر من قطر الإبرة. الحصول على صور شعاعية للتأكد من أن الإبرة تمتد طول القناة النخاعية للطرف ولا تبرز من الطرف القريب أو البعيد.
لتحديد عمق التأثير ، قم بقياس قطر القشرة عند مستوى الكسر المطلوب على الصورة الشعاعية. ضع عينة تجريبية مثبتة في جهاز الكسر باستخدام رقصة تحديد موضع الكسر. ضع الكبش على الطرف غير المصاب.
لا تدع الكبش يسقط. يجب أن يظل العظم سليما أثناء خطوة التحسين هذه. ضع قوة هبوطية كافية على الكبش لضغط الأنسجة الرخوة ، ولكن لا تكسر العظام.
اضبط عمق التأثير على 75 مرة من القطر القشري لمراعاة الأنسجة الرخوة. اضبط ارتفاع السقوط على سنتيمترين. ضع الكبش في وضع البداية عن طريق توصيله بالمغناطيس الكهربائي المنشط.
ضع طرفا تجريبيا في جهاز الكسر. اضغط على ظهر القدم مقابل رقصة وضع الكسر. اضغط لفترة وجيزة على مفتاح القدم لتحرير الكبش ثم أعد ضبطه إلى وضع البداية.
تصوير الطرف التجريبي المتأثر وفحص أي دليل على وجود كسر. يمكن أن يكون هذا دقيقا عند استخدام سرعات منخفضة مع عمق تأثير متحكم فيه. إذا لم يحدث كسر ، فقم بزيادة ارتفاع القطرة بمقدار سنتيمترين.
إذا تم إنشاء كسر ، فقم بتسجيل ارتفاع السقوط واضربه في 1.1. هذا هو ارتفاع السقوط الجديد. استخدم ارتفاع الهبوط الجديد لكسر الطرف التجريبي التالي.
استمر في الإجراء حتى يتم كسر جميع عينات التجربة. سجل ارتفاع السقوط النهائي وجميع المعلمات من التحسين. سجل عمر عينة التجربة وجنسها ونمطها الجيني ووزنها.
أدى استخدام جهاز كسر قابل للتعديل ومعلمات محسنة إلى تحسين توليد الكسور المستعرضة البسيطة بشكل كبير. أنتجت مجموعة ما قبل التحسين كسرا عرضيا بسيطا فقط في 27 من أصل 58 عينة ، أو 46.55٪ من الوقت. في حين أن مجموعة ما بعد التحسين أظهرت كسورا عرضية بسيطة بنسبة 98.28٪ من الوقت.
بعد تطويرها ، زادت هذه التقنية من صرامة وقابلية استنساخ النماذج الحيوانية في دراسات توليد الكسور. بعد الإجراء ، يمكن استخدام تقنيات أخرى ، مثل التصوير المقطعي المحوسب الدقيق والأنسجة للإجابة على أسئلة مورفولوجيا الكسور الإضافية.
اعرض النص الكامل واحصل على الوصول إلى آلاف الفيديوهات العلمية
النظرة العامة
يهدف هذا البروتوكول إلى تحسين معلمات توليد الكسور لتحقيق نتائج متسقة مع الأخذ في الاعتبار الاختلافات في حجم العظام وشكلها بين الحيوانات. ويصف جهاز كسور قابل للتعديل وفعال من حيث التكلفة.
مكونات الدراسة الرئيسية
مجال العلوم
- بيولوجيا العظام
- شفاء الكسور
- الميكانيكا الحيوية
الخلفية
- فهم شفاء الكسور أمر بالغ الأهمية في بيولوجيا العظام.
- الاختلافات في بنية العظام يمكن أن تؤثر على نتائج الكسور.
- قد تفتقر الطرق الحالية إلى الاتساق في توليد الكسور.
- هناك حاجة إلى حلول فعالة من حيث التكلفة لتطبيقات البحث.
غرض الدراسة
- لتحديد معلمات موثوقة لتوليد الكسور.
- لتعزيز فهم التدخلات التي تعزز شفاء الكسور.
- لتوفير طريقة مباشرة للباحثين.
الطرق المستخدمة
- الحصول على صور الأشعة السينية للفخذ أو الظنبوب من الحيوانات المقتولة.
- وضع علامة على مكان الكسر المرغوب في الصورة بالأشعة السينية.
- القياس من مفصل الكاحل إلى مستوى الكسر المحدد.
- استخدام جهاز كسور قابل للتعديل للحفاظ على الاتساق.
النتائج الرئيسية
- تنتج الطريقة كسور متسقة عبر أشكال مورفولوجية مختلفة للعظام.
- التوجيه بالأشعة السينية يحسن الدقة في تحديد مكان الكسر.
- يتيح الجهاز القابل للتعديل مرونة في التصميم التجريبي.
- يوفر أساسًا للدراسات المستقبلية حول تدخلات شفاء الكسور.
الاستنتاجات
- يعالج البروتوكول بنجاح التباين في كسور العظام.
- يوفر نهجًا موثوقًا للباحثين في بيولوجيا العظام.
- يمكن أن تبني الدراسات المستقبلية على هذه الطريقة لاستكشاف عمليات الشفاء.
الأسئلة الشائعة
Executive Industry Relevance
Inconsistent fracture models in rodent studies increase resource waste and reduce data reliability in bone healing research. This protocol optimizes fracture generation parameters per sample, improving reproducibility and enabling more rigorous preclinical evaluation of therapeutics. Enhanced consistency supports better go/no-go decisions in fracture repair target validation and lead identification.
Strategic Applications in Biopharma R&D
Early Discovery & Target Validation
- Scientific Value: Enables precise interrogation of therapeutic hypotheses by reducing fracture heterogeneity in animal models.
- Operational Value: Increases success rate of simple transverse fractures from 46.55% to 98.28%, minimizing wasted animals and resources.
- Predictive Confidence: Supports reliable assessment of interventions that promote fracture healing through standardized trauma induction.
Screening & Assay Development
- Assay Readiness: Provides a reproducible method to generate stabilized fractures for downstream compound or device screening.
- Quantitative Outputs: Uses radiographic measurements and drop height parameters to ensure consistent trauma delivery across samples.
- Platform Scalability: Adjustable apparatus design allows adaptation across rodent strains and species, supporting cross-study reproducibility.
Translational & Preclinical Research
- Disease-Relevant System: Generates closed-stabilized fractures that mimic clinical trauma, enabling mechanistic studies of healing pathways.
- Translational Continuity: Optimized parameters allow seamless transition from discovery to histology and micro-CT analysis of fracture morphology.
- Mechanistic De-risking: Reduces biological variability, improving confidence in target engagement and pathway modulation data.
Pipeline & Workflow Integration
The method fits within the discovery continuum from hypothesis testing to preclinical validation, supporting iterative refinement of fracture healing interventions.
- Discovery Biology: Supports hypothesis testing by providing consistent trauma models to evaluate genetic, pharmacological, or mechanical interventions.
- Screening: Enables standardized fracture induction for assay-based evaluation of therapeutics or biomaterials.
- Analytics: Generates quantifiable outputs (drop height, fracture positioning jig depth) for comparative analysis across experimental groups.
- Translational Research: Facilitates continuity to histological and micro-CT assessment of callus formation and bone remodeling.
- Enterprise Reuse: Adjustable fracture apparatus and parameter optimization protocol serve as a reusable platform across projects and sites.
Operational & Enterprise Impact
- Scientific Value: Predictive confidence in target validation through reduced fracture pattern variability.
- Operational Value: Standardization and reproducibility of fracture induction across laboratories and strains.
- Strategic Value: Improved capital efficiency by reducing animal use and increasing data quality per study.
- Portfolio Impact: Enables risk-adjusted advancement decisions in fracture repair programs based on reliable preclinical data.
Implementation Considerations
- Expertise in rodent handling, radiographic imaging, and basic machining or 3D printing for apparatus fabrication.
- Access to X-ray imaging equipment for pre- and post-fracture localization and validation.
- Standardization of measurement protocols (bone length, cortical diameter) across users and sites.
- Adaptation considerations for different rodent species (mouse vs. rat) based on bone morphology.
- Practical limitation: Initial optimization requires five euthanized animals per strain to derive sample-specific parameters.
