大鼠牵张成骨的高效可再生性协议
2017年10月23日
这项研究描述了一个可复制和详细的协议使用新开发的外固定器的牵引成骨 (做) 在股骨大鼠模型, 允许生理负重的动物后, 外固定架。
该方案的总体目标是在大鼠模型中可重复且有效地诱导股骨牵引成骨，以评估功能性骨再生。这种方法可以帮助回答成骨医学领域关于确定和缩短巩固期或确定骨修复机制的关键问题。这项技术的主要优势对于谁制造外固定器至关重要，并指导谁在做手术，为最佳骨再生提供稳定的环境。
该技术的意义延伸到所有治疗性上肢和下肢延长或骨肿瘤切除手术后发生的骨缺损。该程序的演示由我实验室的药学讲师 Edouard Lamy 完成。首先将麻醉的 12 周龄雄性 Sprague Dawley 大鼠置于左侧位置，并去除右后肢的毛发。
涂抹眼药膏后，用聚维酮碘溶液对手术区域进行消毒，并将动物置于仰卧位。将外固定器沿内侧轴定位，使用记号笔沿矢状面内侧线在膝盖处画一个点，在臀部画第二个点。连接两个点，用手术刀沿线做一个皮肤切口，在股二头肌和股外侧肌之间切开，直到股骨完全暴露。
提起骨膜，用 rougine 断开软组织与骨骼的连接。将针插入外固定器的最近端和最远端的孔中。如果两个销钉都可以锚定，则使用两个 Senn 牵开器打开肌肉并拧紧股骨中间钻孔导向器的夹子，从近端和远端孔开始，到中间的两个孔结束，将 0.6 毫米的金属钻头穿过骨骼，形成四个导向孔。
使用 0.8 毫米的半螺纹销，来回工作销以扩大四个预孔，注意保持垂直于股骨。要植入销钉，请使用持针器抓住每个 1 毫米半螺纹销的头部，然后单独下沉销钉以扩大导向孔。使用 Senn 牵开器确认针刺穿两个皮质，而不会突出超过 1 毫米。
当销钉就位后，将外固定器连接到半螺纹销钉上，确保偏移量约为 6 毫米，以便于缝合和良好的刚性。然后固定四个锁定螺钉，使外部固定器锁定到销钉上。使用 Piezotome，在两个中心针之间进行截骨术。
然后使用 Mayo-Hegar 持针器、可吸收的 5-0 缝合线和连续缝合来闭合伤口。手术后，立即对动物进行 X 光检查，以检查针的深度和截骨肢体沿长轴的对齐情况。然后让大鼠在监测下完全恢复。
一周后，对肢体进行 X 光检查，以重新检查针的位置和骨段的对齐情况。要进行分散注意力，请手动将方形螺母每 12 小时顺时针旋转半圈，持续 10 天。在牵引过程中途和结束时对肢体进行 X 光检查，以监测针的位置和骨段的对齐情况。
在牵引结束时，每周对肢体进行 X 光检查，在第 64 天移除外固定器。第 66 天，用手术刀从臀部顶部到膝盖前部，在手术疤痕上做一个皮肤切口。在股二头肌和股外侧肌之间切开，直到股骨完全暴露，尽可能断开肌肉与骨骼的连接。
切断膝盖的所有韧带，拆解关节，切开髋关节囊。彻底清洁骨头，不要去除针，用手术刀去除所有软组织。清洁对侧股骨后，对双侧股骨进行 X 光检查。
取下针脚并将股骨存放在零下 20 摄氏度，以便进行显微计算机断层扫描分析。在这个具有代表性的实验中，从手术后立即到巩固结束的 X 射线成像显示，股骨销内的半螺纹销保持平行，保存完好，并且在整个手术过程中没有松动，表明锚固稳定。此外，在牵引成骨过程中，截骨肢体显然已沿骨的纵轴很好地对齐。
在潜伏期结束时，截骨肢体附近没有可见的钙化区域。在牵引期结束时，在预先存在的皮层附近可以看到一些钙化区域。巩固 28 d 后，截骨肢体间隙的非钙化区域较小，在与针的间隙水平附近可观察到骨膜愈伤组织。
巩固 47 天后，再生愈伤组织完全桥接。在移除外固定器并进行两天的生理负重后，动物表现出生理步态，没有观察到骨折的迹象。对再生愈伤组织连续纵向切片的 3D 显微计算机断层扫描分析表明，钙化桥接始终存在，并在再生愈伤组织外围观察到连续的外皮质。
固结 49 天后，尽管在再生愈伤组织中心持续存在矿化程度较低的区域，但没有观察到断裂。一旦掌握，如果作得当，这种手术技术可以在 45 分钟内完成。在尝试此程序时，重要的是要记住在手术期间保持无菌环境，并在手术后彻底监测动物。
该技术发展后，为医学领域的研究人员改进牵引成骨技术铺平了道路，特别是缩短了临床实践中的巩固期。按照这个程序，可以执行其他方法，如添加生长因子或构建材料来回答其他问题，例如，是否可以改善骨骼的巩固。观看此视频后，您应该对如何使用这些技术作为指导在大鼠模型中进行股骨延长术有一个很好的了解，以确保销钉之间的平行度。
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概览
本研究提出了在股骨大鼠模型中使用新开发的外固定器进行骨延长术（DO）的详细协议。这种方法允许在移除固定器后进行生理性负重，有助于评估功能性骨再生。
关键研究组成部分
科学领域
- 骨再生
- 骨延长术
- 动物模型
背景
- 骨延长术是一种用于重建骨骼畸形的外科手术过程。
- 该技术涉及逐渐分离骨段以促进新骨形成。
- 理解骨修复机制对改善临床结果至关重要。
- 本研究利用大鼠模型有效探索这些机制。
研究目的
- 建立一个可重复的诱导股骨骨延长术的协议。
- 在受控环境中评估骨再生的功能方面。
- 提供关于骨修复巩固期和机制的见解。
使用的方法
- 使用新开发的外固定器进行骨延长术。
- 涉及12周龄雄性Sprague Dawley大鼠模型。
- 由药学讲师演示手术过程。
- 术后评估负重能力。
主要结果
- 该协议允许有效诱导骨延长术。
- 在移除外固定器后实现生理性负重。
- 为最佳骨再生提供稳定的环境。
- 可能对肢体延长和骨缺损修复有重要意义。
结论
- 这种技术是研究骨再生的有价值工具。
- 它可能引领骨生成医学的进步。
- 进一步研究可以探索其在临床环境中的应用。
常见问题
Executive Industry Relevance
This protocol establishes a reproducible model for functional bone regeneration in rats, enabling preclinical evaluation of bone healing mechanisms and therapeutic interventions. By achieving physiological weight-bearing post-fixator removal, it provides a physiologically relevant system for assessing bone quality and structural integrity. The method supports target validation in osteoanabolic pathways and mechanistic de-risking of bone repair strategies prior to translational investment.
Strategic Applications in Biopharma R&D
Early Discovery & Target Validation
- Scientific Value: Enables interrogation of therapeutic hypotheses in bone regeneration by providing a controlled in vivo model to assess callus formation and cortical bridging.
- Operational Value: Offers standardized surgical and distraction parameters that reduce variability in preclinical bone healing studies.
Screening & Assay Development
- Scientific Value: Generates quantitative endpoints such as micro-CT-derived bone volume, mineral density, and cortical continuity for assay readouts.
- Operational Value: Supports development of reproducible imaging and biomechanical assays to evaluate compound effects on bone regeneration.
Translational & Preclinical Research
- Scientific Value: Models clinically relevant distraction osteogenesis for studying consolidation period shortening and bone defect repair.
- Operational Value: Provides a preclinical platform to test growth factors, biomaterials, or mechanical stimuli in a weight-bearing competent system.
Pipeline & Workflow Integration
The method fits within the discovery continuum from target validation through lead identification to preclinical efficacy testing, particularly for bone anabolic agents and regenerative therapies.
- Discovery Biology: Facilitates hypothesis testing on molecular pathways involved in osteoblast activation and angiogenesis during distraction.
- Screening: Enables standardized preparation of bone regeneration models for high-fidelity compound screening.
- Analytics: Delivers quantitative micro-CT and biomechanical outputs that support cross-condition comparison and dose-response modeling.
- Translational Research: Aligns with clinical distraction osteogenesis applications, supporting preclinical continuity for limb lengthening and bone defect repair strategies.
- Enterprise Reuse: Establishes a reusable surgical and postoperative workflow for multi-program evaluation of bone-healing therapeutics.
Operational & Enterprise Impact
- Scientific Value: Enhances predictive confidence in bone regeneration outcomes through reproducible functional regeneration and weight-bearing capacity.
- Operational Value: Delivers a standardized, rigid external fixator system that improves surgical reproducibility across sites and operators.
- Strategic Value: Reduces late-stage attrition by enabling early functional assessment of bone quality in preclinical models.
- Portfolio Impact: Informs risk-adjusted go/no-go decisions for osteoanabolic programs based on structural and functional bone endpoints.
Implementation Considerations
- Requires expertise in rodent orthopedic surgery, microsuturing, and external fixator application.
- Depends on access to precision drilling tools, half-threaded pins, and imaging equipment for pin alignment verification.
- Necessitates standardized postoperative monitoring and distraction scheduling to ensure consistent regeneration outcomes.
- Involves adaptation considerations when translating pin placement and distraction rates to other skeletal sites or species.
- Limited by the need for aseptic technique and prolonged postoperative care to prevent fixation failure or infection.
