Waiting
Login-Verarbeitung ...

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

Medicine

Fraktur apparater Design og protokollen optimering for lukket-stabiliseret frakturer i gnavere

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

Målet med protokollen er at optimere fraktur generation parametre for at give ensartet frakturer. Denne protokol udgør variationer i knogle størrelse og morfologi, der kan eksistere mellem dyr. Derudover er en omkostningseffektiv, justerbar fraktur apparat beskrevet.

Abstract

Den pålidelige generation af konsekvent stabiliseret frakturer i dyremodeller er afgørende for forståelsen af knogle regenerering biologi og udviklingen af therapeutics og enheder. Dog er tilgængelige skade modeller plaget af inkonsekvens, hvilket resulterer i spildt dyr og ressourcer og ufuldstændige data. For at løse dette problem med fraktur heterogenitet, er formålet med metoden beskrevet heri at optimere fraktur generation parametre specifikt for hvert dyr og give en konsekvent fraktur placering og mønster. Denne protokol udgør variationer i knogle størrelse og morfologi, der kan eksistere mellem mus stammer og kan tilpasses til at generere konsekvent frakturer i andre arter, som rotte. Derudover er en omkostningseffektiv, justerbar fraktur apparat beskrevet. I forhold til nuværende stabiliseret fraktur teknikker, viser optimering protokol og nye fraktur apparatet øget konsistens i stabiliseret fraktur mønstre og steder. Ved hjælp af optimeret parametre specifikke for prøvetype, beskrevet protokollen øger præcisionen af inducerede traumer, minimere fraktur heterogenitet typisk observeret i lukket fraktur generation procedurer.

Introduction

Forskning på frakturheling er nødvendig for at imødegå en store klinisk og økonomisk problem. Hvert år mere end 12 millioner frakturer behandles i USA1, koster 80 milliarder dollars pr. år2. Sandsynligheden for en mandlig eller kvindelig lider en fraktur i deres levetid er 25% og 44%, henholdsvis3. Problemer forbundet med frakturheling forventes at stige med øget co-morbiditet som befolkningen aldre. For at undersøge og løse dette problem, er robust modeller af fraktur generation og stabilisering påkrævet. Gnavere modeller er velegnet til dette formål. De giver klinisk relevans og kan ændres til adresse specifikke betingelser (dvs.flere skader, åben, lukket, iskæmisk og inficerede frakturer). Ud over replikerende kliniske scenarier, er animalsk fraktur modeller vigtigt for at forstå knogle biologi og udvikle therapeutics og enheder. Men forsøg på at studere forskellene mellem indgreb kan blive kompliceret af variabiliteten indført af inkonsekvent fraktur generation. Således er generere reproducerbare og konsekvent lukkede frakturer i dyremodeller afgørende for muskel-og forskningsområdet.

Trods korrekt kontrol for potentielle emne heterogenitet ved at sikre passende genetiske baggrund, køn, alder og miljøforhold, produktion af klinisk relevante konsekvent knogler kvæstelser er en væsentlig variabel påvirker reproducerbarhed, der skal kontrolleres. Statistiske sammenligninger ved hjælp af inkonsekvent frakturer er plaget med eksperimentel støj og en høj variabilitet4; Desuden kan fraktur foranderlighed resultere i unødvendig dyrs død på grund af behovet for at øge stikprøvestørrelsen eller nødvendigheden af at aflive dyr med splintrede eller malpositioned frakturer. Formålet med metoden beskrevet heri er at optimere fraktur generation parametre, der er specifikke for prøvetypen og give en konsekvent fraktur placering og mønster.

Nuværende modeller af fraktur generation falder i to overordnede kategorier, hver med deres egne styrker og svagheder. Open-fraktur (osteotomi) modeller opereres for at udsætte den knogle, hvorefter en fraktur er foranlediget ved skæring knoglen eller svække det og derefter manuelt opdele den5,6,7,8. Fordelene ved denne metode er den direkte visualisering af webstedet fraktur og en mere konsekvent fraktur placering og mønster. De fysiologiske og kliniske relevans af metoden og mekanisme af skade er dog begrænset. Derudover kræver åben metoder af fraktur generation en kirurgisk tilgang og lukning med længere perioder hvor gnavere er udsat for en øget risiko for kontaminering.

Lukket teknikker løse mange af de åbne teknik begrænsninger. Lukket teknikker producere frakturer ved hjælp af et eksternt stumpe kraft traumer, som inducerer skade på knoglen og omkringliggende væv, mere ligner dem set i humane kliniske skader. Den mest almindelige metode blev beskrevet af Bonnarens og Einhorn i 19849. De beskrev en vægtet guillotine bliver brugt til at bibringe stumpe traumer for at bryde knoglen uden at forårsage nogen ydre hud sår. Denne metode er blevet bredt vedtaget for at studere effekten af genetik10,11, farmakologisk terapi12,13,14,15, mekanik16, 17, og fysiologi18,19,20 på knogle heling hos mus og rotter. Mens fordelen ved lukkede metoder er fysiologisk relevante frakturer, er eksperimentelle reproducerbarhed og stringens begrænset af fraktur heterogenitet. Inkonsekvent fraktur generation resulterer i en begrænset mellem gruppe differentiering, tabt prøver og en stigning i dyr, der er nødvendige for at opnå Statistisk signifikans.

Kontrollerende variabiliteten i fraktur generation og stabilisering er afgørende for at producere meningsfulde resultater. For at korrekt studere biologi af fraktur reparation, er en enkel, men effektiv fraktur model nødvendig. Modellen bør oversættes til gnaver arter, knogle typer (lårben og skinneben, for eksempel) og på tværs af variable mus genetiske baggrunde og induceret mutationer. Desuden, den ideelle procedure bør være teknisk simpelt og producere ensartede resultater. Til adresse fraktur heterogenitet, den metode beskrevet heri er opførelsen af en velkontrollerede fraktur-enhed, der kan derefter bruges til at optimere parametre og generere konsekvent lukkede frakturer uanset alder, køn eller genotype.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

Denne protokol blev udviklet for at sikre, at dyr ikke anvendes unødigt og er sparet for al unødvendig smerte og lidelse; det overholder alle gældende føderale, statslige, lokale og institutionelle love og retningslinjer vedrørende dyreforsøg. Protokollen blev udviklet under ledelse af et universitet-dækkende laboratorium animalsk medicin programmet instrueret af dyrlæger med speciale i laboratorium animalsk medicin. Protokollen blev gennemgået og godkendt af institutionelle Animal Care og brug udvalg (IACUC).

1. fraktur Tower konstruktion

Bemærk: Alle dele er angivet i afsnittet materialer (Tabel af materialer). Detaljerede tekniske tegninger er fastsat de bearbejdede og 3D-trykt dele i supplerende tallene 1-12. Delkomponenter tekniske tegninger omfatter fastener detaljer om alle tilsluttede dele (supplerende tallene 1, 2, 7 og 9).

  1. Støtte halvfabrikata
    Bemærk: For en teknisk tegning af den støtte delkomponenter, se tillægs figur 1.
    1. Vedhæfte Beam støtte--kæbe afsnit på midtpunktet af Bom Support--vandrette sektion.
    2. Tillægge oversiden af Bom Support--kæbe afsnit, 2 i fra Bom Support--vandrette sektion Beam støtte--lodret 1 .
    3. Tillægge oversiden af Bom Support--vandrette sektion på midtpunktet (7 i fra slutningen) Bom Support--lodrette 2 .
    4. Vedhæfte den stråle, støtte--plade Mount til slutningen af både Beam støtte--lodret 1 og Beam støtte--lodrette 2. Slutningen af plade-støtte bør være flush med bagsiden af Beam støtte--lodrette 2.
  2. RAM halvfabrikata
    Bemærk: For en teknisk tegning af ram delkomponenter, se tillægs figur 2.
    1. Maskine den blok Stop og blok Guide (supplerende figur 3); stang Ram (supplerende figur 4); skrue justering (supplerende figur 5); og den plade montering (supplerende figur 6).
    2. Vedhæfte den Plade montering til den Stråle støtte--plade Mount støtte underenhed.
    3. I følgende rækkefølge, skub den første Lineær ærme bærer; blok Guide. den anden Lineær ærme bærer; og den blok Stop på stang Ram. Knytte guider og blokke til de Plate montering.
    4. Tillægge delen gevind Stang Ramtre ⅜-i nødder. Man skal være flugter med enden af stangen til at engagere sig med en elektromagnet. Anden 2 vil blive brugt til at justere fraktur dybde.
    5. Juster grove i Stang Ram koerebanen og indsætte Justering skrue i det gevindskårne hul i Blok Guide.
  3. Magnet halvfabrikata
    Bemærk: For en teknisk tegning af magnet delkomponenter, se tillægs figur 7.
    1. Lodde elektromagnet fører til wire (polaritet er ikke en faktor for handlingen elektromagnet). Tillad nok længde til at nå gulvet, hvor fraktur-enhed vil blive placeret. Brug kabelbindere eller en anden form for tilknytning til stress lindre wiren.
    2. Fratage den Power Supplyslutningen og tilsluttes Fodpedal. Endelig, Tilslut ledningen til Fodpedal i en "off" (normalt åben) konfiguration. Test kredsløb for at sikre elektromagnet er på når Fodkontakten ikke er trykket. Dette vil holde ram op før frakturen.
    3. Udskrive Mount Magnet (supplerende tal 8A og 8B) ved hjælp af et tilsætningsstof fremstillingsindustrien enhed, eller maskine del af aluminium.
    4. Tillægge Mount Magnet elektromagnet .
    5. Vedhæfte 2 hjørnebeslag til bom Support--Magnet.
    6. I følgende rækkefølge, gevind Stang Magnet gennem den øverste Hjørne beslag og tilføje en ¼-i møtrik; Mount Magnet; to ¼-i nuts; og nederst Hjørne beslag. Sikre forsamlingen med to ¼-i nuts i hver ende.
  4. Komplet enhed
    Bemærk: For en teknisk tegning af samlingen komplet, se tillægs figur 9.
    1. Tillægge den øverste overflade af stråle, støtte--plade montere Magnet underenhed .
    2. Justere tilpasningen af Bom Support--Magnet , så magneten engagerer med Rod, Ram.
      Bemærk: Hvis stangen ikke frigiver når på pedalen holdes nede, reducere området kontakt mellem elektromagnet og stangen ved at flytte Bjælken støtte--Magnet.
    3. Maskine i parentes ben kæbe (supplerende figur 10).
    4. Tillægge Beam støtte--kæbe afsnitto Beslag benet kæbe . Når den er droppet, bør spidsen af ram på en lige stor afstand fra hvert kæbe.
    5. Placere Platform fraktur (supplerende tal 11A og 11B) over kæberne.
    6. Udskrive Jig positionering fraktur (supplerende tal 12A og 12B) og Jig Pin Gauge (supplerende tal 13A og 13B) ved hjælp af et tilsætningsstof fremstillingsindustrien enhed, eller maskine den dele af aluminium.
      Bemærk: Dimensioner af Jigs vil blive beregnet i optimering trinene beskrevet i trin 2.
    7. Lægger Jig positionering fraktur Platform fraktur.
    8. Bekræfte, at dybden af virkningen kan justeres ved hjælp af to stop nødder på Stang Ram.
    9. Bekræfte, at hastigheden af virkningen kan justeres ved at flytte Mount Magnet op og ned.
    10. Bekræfte, at bredden af fraktur kan justeres ved at flytte Beslag benet kæbe tættere eller længere væk fra Stang Ram.

2. fraktur optimering

  1. Fraktur placering
    1. Få røntgenbilleder af lemmer (lårben eller tibia) at være splittet i et repræsentativt udsnit af 5 aflivede dyr.
      Bemærk: Prøven skal matches til de prøver, der skal bruges i den eksperimentelle protokol baseret på køn, genotype og alder. Selvom slutprotokollen kræver kun én brækkede lemmer, vil begge prøve lemmer blive brugt.
    2. Placer lemmer tangerer x-ray stråle til at erhverve sand-laterale og forreste/bageste udsigt til knoglen. Placere et objekt af kendte dimension på imaging flyet til at give en skala for analyse.
    3. Bemærk: Hvis imaging lårben, sikre lemmer er i fuld forlængelse, hvor lårbenet er i det samme aksial flyet som tibia.
    4. Marker den ønskede placering af fraktur på røntgenbillede af ekstremiteten være brækket (figur 1A - stiplet linje). Måle fra calcaneus-tibial leddet til niveauet for den markerede fraktur (fig. 1A). Beregne den gennemsnitlige fraktur længde (FL) til alle forsøg prøver. Måle fra intercondylar hak til femur frakturer.
  2. Fraktur-positionering jig
    1. Måle afstanden fra ydersiden af en støtte ambolt til midten af guillotine indvirkning (CGI) (figur 2). Subtrahere CGI fra FL, beskrevet taktfast 2.1.4, til at beregne fraktur-positionering jig dybde (JD). Maskine eller 3D-print en U-formet kanal med en højde og bredde lig ambolt og en dybde svarende til JD (fig. 3A). En prøve teknisk tegning og CAD-fil er inkluderet i supplerende tal 12A og 12B.
      Bemærk: Når benet placeres i jig, dorsum af foden bør ligge mod overfladen længst fra guillotinen indvirkning. Ændre den U-formet kanal, hvis yderligere clearance er nødvendig for lemmer.
    2. Placer modellen i fraktur apparater i den liggende stilling til femur frakturer eller i den liggende stilling for tibia frakturer (figur 4). Tryk på dorsum af foden mod slutningen af fraktur-positionering jig. Manuelt presse guillotinen indtil lemmer frakturer. Få et røntgenbillede af brækkede lemmer til at bekræfte jig størrelse og fraktur placering (figur 2B).
    3. Øge JD Hvis lokationen fraktur er også distale på knoglen, eller mindske JD Hvis lokationen fraktur er også proksimalt på knoglen.
  3. Stabilisering af parametrene, pin
    1. Pin længde: Ved hjælp af røntgenbilleder fremstillet i trin 2.1, måle lemmer længde (LL) fra den tibial plateau til niveauet for den bageste malleol for tibia frakturer eller intercondylar hakket til større trochanter til femur frakturer. Multiplicere ben længde med 0,9 til at beregne pin længde (PL) (tal 1A og 3B).
    2. Pin bredde: Ved hjælp af røntgenbilleder fremstillet i trin 2.1, måle den mindste medullære diameter (MD) i den brækkede lemmer (fig. 1A). Vælg en nål med en omtrent svarende til den medullær diameter og længde måler mere end 1,5 x PL.
      Bemærk: En omtrentlig pin størrelse for en 14-uge-forhenværende C57BL/6J mus er 22 G, 1½ i og 27 G, 1¼ i lårben og skinneben, henholdsvis.
  4. PIN skæring gauge
    1. 2.4.1. maskine eller 3D-print en måler med en længde svarende til PL minus nålen længde (CGL) (fig. 3B; Supplerende tal 13A og 13B). Ene ende bør have en overhæng at hvile mod hub af nålen og den anden bør angive, hvor pinkoden skal skæres. En prøve teknisk tegning og CAD-fil er inkluderet i supplerende tal 13A og 13B.
  5. Intramedullære pin fraktur stabilisering
    1. Bruger de ikke-brækket retssag prøver fra trin 2.1, fjerne hår med en elektrisk clipper eller depilatory creme fra midten tibia til midten lårbenet, udsætter knæleddet.
    2. Tibia fastgørelse: indsætte nålen percutaneously lateral til den patella ligament. Trække den patella ligament medialt og justere spidsen af nålen til akse af skinnebenet. Ved hjælp af en reamer bevægelse forsigtigt overtræder den tibial plateau og guide nålen ned den medullære kavitet.
    3. Lårbenet fastgørelse: indsætte nålen percutaneously lateral til den patella ligament. Trække den patella ligament medialt og justere spidsen af nålen til akse af lårbenet i intercondylar hakket. Ved hjælp af en reamer bevægelse, forsigtigt overtræder den artikulære overflade af intercondylar hakket og guide nålen ned den medullære kavitet.
    4. Ved hjælp af indstillingslæren fremstillet i trin 2.4 ream indtil udsatte nålen er lig med måler længden. Trække nål for at give tilstrækkelig plads (~ 3 mm) til at skære nålen på det niveau, som angives af måleren.
      Bemærk: Sørg for at holde den proksimale (plast) ende af nålen, mens opskæring, så det ikke bliver et farligt projektil.
    5. Krympe-0,3 mm af den distale ende af PIN-koden ved hjælp af en pin cutter og derefter skære pin på niveauet for måleren. Synke pin til den artikulære overflade ved hjælp af en stang med en diameter 1,5 x større end diameteren af nålen.
      Bemærk: Crimpning forhindrer rotation af nål og migration ved at øge den nål-knogle kontakt.
    6. Få røntgenbilleder for at bekræfte nålen udvider længden af den medullære kanalen af lemmer og ikke stikker ud fra den proksimale eller distale ende (figur 1C).
  6. Virkningen dybde
    1. Ved hjælp af røntgenbilleder fremstillet i trin 2.1, måle diameteren af cortex på niveau med den ønskede fraktur (fig. 1A). Beregn den gennemsnitlige kortikale diameter (CD) til alle forsøg prøver.
    2. Placer fastgjorte retssag modellen fra trin 2.5 i enhedens fraktur med fraktur-positionering jig fremstillet i trin 2.2. Hvile indvirkning ram på den uskadt Lem.
      Bemærk: Tillad ikke ram at falde; knoglen bør forblive intakte under trinnet optimering.
    3. Anvende nok nedadrettet kraft på ram at komprimere blødt væv, men ikke brud på knoglen. Justere virkningen dybde (ID) til 0,75 x CD (figur 2).
      Bemærk: Den ideelle indvirkning dybde er 0,5 x CD når briste en knogle uden nogen blødt væv. Ved hjælp af 0,75 konti til yderligere bløddelene komprimering.
  7. Ambolt bredde
    1. Indstil ambolt bredde (AW) til 0,4 cm for musen skinneben eller lårben (figur 2).
      Bemærk: En bredere bredde anbefales til større enheder såsom rotter.
  8. RAM vægt
    1. Et minimum af vægt på 250 g anbefales til murine prøver.
      Bemærk: Ekstra vægt kan være gevind på ram for større enheder (figur 2).
  9. Anslagshastigheden
    1. Indstil faldhøjden (DH) til 2 cm (figur 2). Placer ram i sin udgangsposition ved at forbinde den til den aktiverede elektromagnet.
    2. Placer en retssag lemmer i apparatet fraktur. Tryk på dorsum af foden mod fraktur-positionering jig fremstillet i trin 2.2. Kortvarigt tryk fodkontakten for at frigøre ram og derefter nulstille det til sin udgangsposition.
    3. Røntgenbillede påvirket retssag lemmer. Analysere lemmer for eventuelle tegn på en fraktur (fig. 1D).
      Bemærk: Dette kan være subtile, når du bruger lav hastigheder med en kontrolleret indvirkning dybde.
    4. Hvis ingen fraktur er genereret, Gentag trin 2.9.1 - 2.9.3 og øge drop højden med 2 cm.
    5. Hvis en fraktur er genereret, optage faldhøjden, og formere det med 1.1. Dette er den nye DH.
    6. Ved hjælp af DH fra trin 2.9.5 fraktur den næste retssag lemmer.
    7. Hvis ingen fraktur er genereret, Gentag trin 2.9.1 - 2.9.6 og øge drop højden med 2 cm.
    8. Hvis en fraktur er genereret, gentages trin 2.9.6 - der 2.9.7 indtil alle testprøver bruges. Optage den endelige DH og alle parametre (FL, CGI, JD, PL, MD, PS, CGL, CD, ID, AWog RW) fra optimering. Registrere de retssag prøver alder, køn, genotype og vægt.

3. lukket-stabiliseret fraktur Generation

  1. Set-up
    1. Sterilisere alle udstyr og instrumenter via autoklave, varm perle fordybelse eller deres tilsvarende.
    2. Placere et varmelegeme på tabellen kirurgisk og sæt den til den optimale temperatur. Dække element med en kirurgisk drapere. Forbered 3 x 3 i2 af kirurgisk drapere med en 0,75-i cirkel skæres i midten.
    3. Bekræfte justering af fraktur tårnet før hvert forsøg (figur 2). Indstille ID, AW, RW, og DH værdier afledt af optimering protokollen specifikke til køn, alder og genotype for modellen, der skal undersøges.
    4. Vejer og vægt af dyret.
  2. Kirurgi
    1. Tilstrækkeligt adstadige musen bruger inhalant anæstetika (isofluran: 4-5% for induktion, 1-2% til vedligeholdelse) eller en anden etableret laboratorium anæstesi protokol. Den respirationsfrekvens bør være 55-100 vejrtrækninger/min. Dyret bør ikke være lydhøre over for en hind-lemmer tå knivspids.
    2. Administrere den første dosis af postoperative analgesi buprenorphin (0,1 mg/kg subkutant).
    3. Anvende okulær smøring for at forhindre hornhinde tørring.
    4. Fjerne dyrets hår med en elektrisk clipper fra midten tibia til midten lårbenet, udsætter knæleddet. Ren site af overskydende hår ved hjælp af ikke-reaktive tape. Forberede webstedet fastgørelse med en våd vatpind fugtet med 70% EtOH. Gentag som nødvendigt for at fjerne alle hår fra området indsnit.
    5. Forberede og rense området fastgørelse med alternative svaberprøver af povidon-jod og 70% EtOH. Bruge to alternative vatpind sekvenser for at sikre sterilitet.
    6. En drapere placeres derefter omkring operationsstedet, efter at huden har været behørigt desinficeres.
    7. PIN lemmer til at være brækkede ved hjælp af protokollen beskrevet taktfast 2,5. Erhverve røntgenbilleder for at bekræfte pin udvider længden af den medullære kanalen, men ikke stikker ud fra den proksimale eller distale ende.
    8. Tænd elektromagnet og forbinde virkning ram for at placere det i startposition.
    9. Placer modellen i apparatet fraktur ved at placere det i en udsat position til femur frakturer eller i en liggende stilling for tibia frakturer. Den fastgjorte lemmer skal placeres på tværs af Ambolte og i fraktur-positionering jig med dorsum af foden presset mod ydersiden af jig.
    10. Mens trykke foden med den ene hånd og sikre, at kun led er i indvirkning ram målområdet, kortvarigt tryk fodkontakten for at frigøre ram. Erstatte ram i udgangsposition.
    11. Erhverve røntgenbilleder og bekræfte fraktur placering og type.
  3. Postoperative management
    1. Overvåge dyret hver 15 min under dens genoprettelse fra anæstesi indtil dyret er bevidst, kan opretholde brystbenet recumbency, og er ambulant. Bekræfte dyret er i stand til at gå over en periode på 72-h.
    2. Hus dyr individuelt indtil det helt er tilbagebetalt.
    3. Vedligeholde analgesi over en periode på 48-h med buprenorphin (0,1 mg/kg subkutant) administreret hver 12 timer.
    4. Overvåge og registrere dyr dagligt i 7-10 d eller indtil eutanasi sundhedstilstand.
  4. Efter fraktur analyse
    1. Måle FL, PL, CD, MD, og fraktur mønster. Registrere målingerne i en master datafil.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

Guillotinen tidligere brugt i vores laboratorium blev udviklet i 2004 og var baseret på modeller udgivet af Einhorn21. Design tillod ikke justeringer for at tage tilstrækkeligt højde for eventuelle forskelle i knoglen morfologi og tillod ikke en reproducerbar positionering af ekstremiteten. Desuden, den tidligere apparater kræves to personer til at betjene den. Derfor, vi designet, konstrueret, og byggede en ny fraktur. Det vigtigste designmål var muligheden til high-fidelity justering af fraktur dybde, indvirkning kraft, tre-punkts kontakt og animalske positionering. Designet er baseret på en fraktur apparater beskrevet af Marturano i 200822. En begrænsende faktor for deres design blev forbindelsen mellem fraktur dybde og anslagshastighed. Anslagshastighed kunne ikke indstilles uden at ændre fraktur dybde og animalske positionering. Dette gjorde det umuligt at ændre bare én variabel på et tidspunkt når du optimerer fraktur parametre. Derudover det ikke giver en måde at nemt justere placeringen af en fraktur i en lang knogle. Ændre, hvordan dybden af frakturen og ram hastighed er justeret, tillader design præsenteres her en høj opløsning, uafhængige justering af alle fraktur variabler. Derudover apparatet kan betjenes af en enkelt bruger, det er omkostningseffektivt, og det giver mulighed for justerbar animalske positionering til at generere stedspecifikke frakturer.

En optimering af tibia frakturer i 17-uge-forhenværende C57BL/6J mandlige mus blev udført ved hjælp af fem enheder. Målet var at skabe enkle tværgående frakturer lige under niveauet for indsættelse af fibula i skinnebenet. Webstedet distale tibia er et fælles websted for menneskelige knoglebrud, der resulterer i ikke-union, og derudover giver et homogent område af skinnebenet og undgår komplikationer i den analyse, der er forbundet med fibula skader. Mus blev aflivet og røntgenbillede. Gennemsnitlig FL fra de calcaneus-tibial fælles til den distale del af indføjelsen af fibula i skinnebenet var 0.556 ± 0,025 cm. ved hjælp af en ambolt bredde på 0,4 cm, CGI var 0,2 cm, hvorfra en JD 0,356 cm blev beregnet. En positionering jig blev bygget ved hjælp af computer-aided design software og udskrives med en opløsning på 0,01 mm i acrylonitril butadien styren (ABS) ved hjælp af en 3D printer (fig. 3B). Ved hjælp af en retssag tibia, jig design og placering af frakturen blev bekræftet af røntgenbillede (figur 1B).

De resultater, der præsenteres heri, PL blev beregnet til 1.579 cm, baseret på 90% af den gennemsnitlige tibial længde (1.754 ± 0.031 cm). Den gennemsnitlige medullær diameter (MD) var 0,05 cm. En nål størrelse af 27 G x 3.175 cm blev udvalgt til at overstige det nødvendige PL og fylde marvkanalen (27 G = 0.041 cm). En skæring gauge blev bygget med en længde på 1.596 cm at afgrænse niveauet af pin skære (fig. 3B). Hver af de resterende ni skinneben var derefter fastgjort. Den gennemsnitlige kortikale diameter var 0.098 cm, som blev brugt til at beregne en effekt (ID) 0.073 cm dybde.

Den indledende tibia blev påvirket på faldhøjden på 1 cm, hvilket resulterede i ingen fraktur. Drop højde blev forhøjet med 1 cm til 2 cm. Den nye højde resulterede i en simpel tværgående fraktur. For de efterfølgende fraktur, blev drop højde forhøjet med 10% til 2,2 cm. Dette produceret en simpel tværgående brud på den første dråbe. Alle de resterende tibia brækket på 2,2 cm. I alt resulterede 9/9 (100%) af de fastgjorte og brækket skinneben i simpel tværgående frakturer uden pin bøjning. Procentdelen af den eksperimentelle pin længde til den mål pin og eksperimenterende fraktur længde til target fraktur længde var 101,1 og 97,6%, henholdsvis. De endelige parametre er rapporteret i tabel 1, som også omfatter repræsentative lårbenet data.

Brug af de optimerede parametre udviklet ovenfor, en retssag blev forpligtet sig til at sammenligne før og efter optimering frakturer. Retrospektiv røntgenbilleder blev indhentet fra tidligere tibia frakturer, der blev genereret i vores laboratorium ved hjælp af en simpel guillotine21 uden optimering. Kort, skinneben var fastgjort ved hjælp af en 0.029-cm ledning. Wiren var indsat indtil modstand var følte, trukket 3 mm, skåret, og kørt på plads. Efterfølgende, blev mus placeret under guillotinen med anslagspunktet ca på indsættelse af fibula i skinnebenet. Guillotinen blev derefter faldt fra et niveau på 10 cm. Et ekstra datasæt af frakturer blev indsamlet som blev genereret ved hjælp af justerbar guillotine og parametre afledt af optimering protokol (tabel 1). Hver gruppe indeholdt 58 frakturer i 14 uger gamle, genotype-matchede mus. Røntgenbilleder blev analyseret for eksperimenterende fraktur længde (EFL): afstanden fra det calcaneus-tibial fælles til fraktur, eksperimentelle pin længde (EPL), ben længde og fraktur mønster.

Ved hjælp af en justerbar fraktur enhed og optimeret parametre (p < 0,001) forbedret betydeligt generation af simple tværgående frakturer (figur 5). Gruppen før optimering genereres kun en simpel tværgående fraktur 46.55% (27/58) af den tid, i forhold til gruppen efter optimering, som har frembragt en simpel tværgående fraktur 98.28% (57/58) af tiden. Kun ét eksemplar i gruppen efter optimering havde en sammensat fraktur på grund af en fejlstilling i den positionering jig. Baseret på de metoder, der beskrives i optimering protokol, skal skåret ben længde fange 90% af den samlede ben længde. Ved hjælp af optimering parametre og pin skæring gauge, var procentdelen af den eksperimentelle pin længde til knogle længde i gruppen efter optimering 92.43% i forhold til kun 83.67% i gruppen før optimering (p < 0,001). Optimering faldt ligeledes betydeligt variabiliteten af fraktur steder, pin længde og pin-til-knogle længde procentdel (p < 0,001). Resultaterne indberettes i tabel 2.

Figure 1
Figur 1 : Optimering og generering af en simpel tibia fraktur. Disse paneler viser laterale røntgenbilleder af en murine tibia. (A) dette panel viser før fraktur målinger. Den stiplede gule linje markerer den ideelle fraktur placering. Måling overlejringer for fraktur længde (FL), lemmer længde (LL), medullær diameter (MD) og cortical diameter (CD) er angivet i røntgenbillede. (B) dette panel viser en fraktur placering test. Solid pilespidsen angiver niveauet af fraktur i en ikke-stabiliseret tibia at teste parametrene positionering jig. (C) dette panel viser en pin længde test med en pre fraktur røntgenbillede at teste pin længde (PL) og skære gauge. PL bør være 90% af LL, fylde marvkanalen og ikke rager proksimalt eller distalt. (D) dette panel viser en post optimering fraktur generation. Pilespids kontur angiver niveauet af simple tværgående tibia fraktur. Pin er ikke bøjet på niveauet af indflydelse. Venligst klik her for at se en større version af dette tal.

Figure 2
Figur 2 : Justerbar fraktur enhed design. Denne figur viser frontal, lateral og Perspektivvisninger af fraktur-enhed. Den forfra omfatter anmærkninger af større enhed komponenter. Den laterale visning omfatter forstørret detaljer illustrerer justeringer for indvirkning dybde (ID), faldhøjden (DH) og ambolt bredde (AW). Ekstra vægt kan føjes til ram ved threading på vægte på toppen af indvirkning ram angivet med den røde pilespids. Den stiplede linje ambolt bredde justering detaljeret angiver linjen af virkningen. Midten af guillotine indvirkning på ydersiden en støtte ambolt (CGI) bruges til at beregne dybden af positionering jig til at producere en nøjagtig og præcis fraktur niveau. Positionering jig er vist i detaljer i fig. 3A. Venligst klik her for at se en større version af dette tal.

Figure 3
Figur 3 : Positionering jig og skære gauge design. (A) dette panel viser detaljer om mus positionering jig. Jig dybde (JD) kan justeres for at ændre placeringen af brud på lemmer. Stigende JD vil flytte fraktur proksimalt og faldende JD vil flytte fraktur distalt. (B) dette panel viser detaljer om nål og pin skæring gauge. Ben længde (PL) bør være 90% af lemmer længde (LL) (fig. 1A). Skæring gauge længde (CGL) er afledt af fratrække PL fra nålen længde. I dette eksempel er blevet konstrueret en skæring gauge (CGL = 1,6 cm) til at afgrænse en 27-G nål (længde = 3.175 cm), forlader en PL 1,58 cm efter opskæring. Venligst klik her for at se en større version af dette tal.

Figure 4
Figur 4 : Skinnebenet og lårbenet fraktur positionering. Disse er top-down fotografier af (A) en mus tibiaog (B) lårbenet i den positing jig. (A.1) For tibia frakturer, musen er placeret i en liggende stilling med skinnebenet i midten af støtte Ambolte og dorsum af foden presset mod jig. (B.1) til femur frakturer, musen er placeret i en udsat position med dorsum af foden presset mod jig. Den stiplede gule linje angiver placeringen af ambolt indvirkning. (A.2 og B.2) Bunden fotografier demonstrere ambolt placering på tidspunktet for virkningen. Positionering af forskerens hænder skal ikke blande sig med ram aktivering. Venligst klik her for at se en større version af dette tal.

Figure 5
Figur 5 . Før og efter optimering af fraktur generation. Disse paneler viser laterale røntgenbilleder af repræsentative frakturer fra (A) før optimering og (B) efter optimering fraktur grupper. Størrelse af gruppen var 58 mus. Solid pilespidser og pilespids konturer angiver niveauet af fraktur i grupperne før og efter optimering henholdsvis. (A.1 - A.5) Frakturer genereret før optimering demonstrere en høj grad af comminution og fraktur-niveau variation. Pin diameter fylder kun delvist i marvkanalen med en høj grad af længde variabilitet. Pin længde inkonsekvens resulterede i (A.3) ikke-stabiliseret frakturer og (A.3 - A.5) pin eksponering. En mangel på fraktur dybde kontrol resulterede i (A.4) bent pins og bidrog til (A.1 - A.5) comminution. I frakturer genereret post optimering (Se tabel 1 for det fulde sæt af parametre), brugen af en positionering jig (fig. 3A) resulterede i en lav variation af fraktur steder (gule pilespids konturer). Optimering af pin bredde baseret på pre fraktur røntgenbilleder resulterede i en pin markering, der fyldte marvkanalen. Brug af en pin skæring gauge (fig. 3B) resulterede i en konsekvent pin længde. Optimering af faldhøjden og indvirkning dybden produceret simpel tværgående frakturer med ingen comminution eller bøjet ben. Venligst klik her for at se en større version af dette tal.

Forkortelse Tibia Lårbenet
Før fraktur parametre
Ambolt bredde (cm) AW 0,40 0,40
RAM vægt (g) RW 272.00 272.00
Før fraktur målinger
Lemmer længde (cm), mean±SD LL 1.75±0.03 1.32±0.05
Kortikale Diameter (cm), mean±SD CD 0.10±0.00 0.15±0.01
Medullær Diameter (cm), mean±SD MD 0.05±0.00 0.09±0.01
Pin størrelse (gauge/cm) PS 27/3.175 23/3.810
Centrum af Guillotine indvirkning (cm) = AW / 2 CGI 0,20 0,2
Fraktur længde (cm), mean±SD FL 0.56±0.02 0.64±0.01
Optimering
Ben længde (cm) = 0,9 * LL PL 1,58 1.19
Påvirke dybde (cm) = 0,75 * CD ID 0,07 0,11
Skære Gauge længde (cm) = PS - PL CGL 1,60 2.62
Jig dybde (cm) = FL - CGI JD 0,36 0,44
Drop højde (cm) DH 2.20 4.40
Efter fraktur målinger
Eksperimentelle Pin længde (cm), mean±SD EPL 1.60±0.06 1.19±0.04
Eksperimentelle Pin længde til bens længde (%) 101,1% 100,0%
Eksperimentelle fraktur længde (cm), mean±SD EFL 0.54±0.01 0.62±0.06
Eksperimentelle fraktur længde til fraktur længde (%) 97,6% 97,1%
Simpel tværgående fraktur (%) 9/9 (100%) 9/9 (100%)

Tabel 1: Parametre af fraktur generation før og efter udviklingen af det nye guillotine system.

Før optimering Efter optimering Test Betydning
Eksperimentelle fraktur længde (cm), mean±SD 0.74±0.28 0.52±0.05 t < 0,001
F < 0,001
Eksperimentelle Pin længde (cm), mean±SD 1.47±0.21 1.57±0.09 t < 0,001
F < 0,001
Ben hen til ben længde (%), mean±SD 83.67±11.97 92.43±5.29 t < 0,001
F < 0,001
Simpel tværgående fraktur (%) 46.55 98.28 Pearson < 0,001

Tabel 2: Fraktur resultater før og efter parameter optimering.

Supplementary Figure 1
Tillægs figur 1: støtte delkomponenter teknisk tegning. Denne figur viser en teknisk tegning til samling af komponenterne støtte. Venligst klik her for at se en større version af dette tal.

Supplementary Figure 2
Tillægs figur 2: Ram delkomponenter teknisk tegning. Denne figur viser en teknisk tegning til montering af ram komponenter. Venligst klik her for at se en større version af dette tal.

Supplementary Figure 3
Supplerende figur 3: blokerer teknisk tegning. Denne figur viser en teknisk tegning, som kan bruges til at fremstille stoppet og vejlede blokke for apparatet fraktur. Vi brugt aluminium. Venligst klik her for at se en større version af dette tal.

Supplementary Figure 4
Supplerende figur 4: Rod, Ram teknisk tegning. Denne figur viser en teknisk tegning, som kan bruges til at fremstille ram for apparatet fraktur. Vi brugte rustfrit stål. Venligst klik her for at se en større version af dette tal.

Supplementary Figure 5
Supplerende figur 5: skrue, justering teknisk tegning. Denne figur viser en teknisk tegning, som kan bruges til at ændre en stik cylinderskruen for at justere ram. Venligst klik her for at se en større version af dette tal.

Supplementary Figure 6
Supplerende figur 6: Pate, montering teknisk tegning. Denne figur viser en teknisk tegning for at fremstille Monteringsplade til fraktur apparater. Vi brugt aluminium. Venligst klik her for at se en større version af dette tal.

Supplementary Figure 7
Supplerende figur 7: Magnet delkomponenter teknisk tegning. Denne figur viser en teknisk tegning til samling af magnet-komponenter. Venligst klik her for at se en større version af dette tal.

Supplementary Figure 8
Supplerende figur 8: Mount, Magnet teknisk tegning og CAD-filen. Denne figur viser (A) en teknisk tegning og (B) CAD-fil, som kan bruges til at fremstille magnet mount (filformat: *.stl). Vi 3D-trykt den del ved hjælp af polylactic syre (PLA). Venligst klik her for at se en større version af dette tal.

Supplementary Figure 9
Supplerende figur 9: komplet enhed teknisk tegning og CAD-filen. Denne figur viser (A) en teknisk tegning af samlingen komplet fraktur med dens komponenter og (B) CAD-fil (filformat: *.iam). Venligst klik her for at se en større version af dette tal.

Supplementary Figure 10
Supplerende figur 10: beslag, ben kæbe teknisk tegning. Denne figur viser en teknisk tegning, som kan bruges til at fremstille ben beslag for apparatet fraktur. Beslagene er bearbejdet fra off-the-shelf 8020 hjørnebeslag. Venligst klik her for at se en større version af dette tal.

Supplementary Figure 11
Supplerende Figur 11: Platform, fraktur teknisk tegning og CAD-filen. Denne figur viser (A) en teknisk tegning og (B) CAD-fil, som kan bruges til at fremstille fraktur platform (filformat: *.stl). Vi 3D-trykt den del ved hjælp af polylactic syre (PLA). Venligst klik her for at se en større version af dette tal.

Supplementary Figure 12
Supplerende figur 12: Jig, positionering fraktur teknisk tegning og CAD-filen. Denne figur viser (A) en teknisk tegning og (B) CAD-fil, som kan anvendes til fremstilling af lemmer-positionering jig (filformat: *.stl). Vi 3D-trykt den del ved hjælp af polylactic syre (PLA). Venligst klik her for at se en større version af dette tal.

Supplementary Figure 13
Supplerende Figur 13: Jig, Pin Gauge teknisk tegning og CAD-filen. Denne figur viser (A) en teknisk tegning og (B) CAD-fil, som kan bruges til at fremstille en pin skæring gauge (filformat: *.stl). Vi 3D-trykt den del ved hjælp af polylactic syre (PLA). Venligst klik her for at se en større version af dette tal.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

Denne fraktur optimering og generation protokol giver forskere med en effektiv metode til at udlede på fraktur parametre og udføre en minimalt invasiv procedure, som fremstiller præcise, repeterbare, tværgående frakturer. Derudover indfører denne protokol et fælles sæt af fraktur generation parametre, som fremmer metode konsekvens blandt forskere. Disse parametre vil muliggøre etablering af en fælles fraktur database at etablere fraktur standarder baseret på forskellige parametre (f.eks.alder, køn, køn og genotype). En optimering af fraktur variabler falder betydeligt prøve heterogenitet - reducerer mængden af spildt tid, mistede ressourcer og ubrugelig data.

For at generere nøjagtige og præcise frakturer, er det vigtigt at etablere et standardiseret sæt af fraktur generation parametre, der vil producere en høj grad af specificitet og reducere variabiliteten af fraktur steder. Ud over fraktur generation er passende stabilisering også forpligtet til at fremme fraktur callus dannelse og at mindske sandsynligheden for ikke-union. Intramedullære fastgørelse er en fælles fiksering metode til at stabilisere appendicular lange knoglebrud eksperimentelt såvel som klinisk. Internt fikseret frakturer tendens til at helbrede indirekte - en proces, der involverer væv differentiering, knogleresorption ved fraktur overfladen, og den efterfølgende fraktur EU via callus dannelse og remodellering. Disse processer kan blive hæmmet af bevægelse ved fraktur krydset og migration af pin i medullær hulrummet. Denne protokol udnytter en fiksering metode, der reducerer graden af forskydning på webstedet fraktur efter fiksering og begrænser omfanget af pin migration uden brug af avanceret kirurgisk udstyr og teknikker, der kan forårsage unødig skade kortikale knoglevæv. Genererer et sæt pin parametre, der maksimerer intramedullært kontakt pr. en bestemt prøvetype giver den nødvendige stabilitet for korrekt callus dannelse og knogle remodellering.

Når intramedullært pin er blevet placeret, er det næste vigtige skridt genererer en simpel tværgående fraktur. Protokoller, der genererer frakturer via eksternt anvendt, blunt force trauma har potentiale til at producere artikulære frakturer og beskadige fiksering hardware. For at mindske disse komplikationer, er det vigtigt at kontrollere indvirkning dybde, som skal være lig med 0,5 x kortikale gennemsnitsdiameteren på hver prøve sæt23. Fraktur comminution kan også skyldes overdreven kraft, under ekstern blunt force trauma procedurer. Hvis anslagshastigheden overskrider en kritisk tærskel, vil hastighed for crack udbredelse generere stress bølger resulterer i flere fraktur websteder24. Det er afgørende at etablere en ram vægt og drop højde, der vil generere nok kinetisk energi til at producere en fraktur, samtidig også under indvirkning velocity tærsklen for stress bølge produktion, at reducere muligheden for comminution. En slagfast hastighed vil medføre en hurtig belastning af den knogle, som producerer overdreven energiabsorption før frakturen er genereret25. Efter fraktur formering, er overdreven energien optages under lastning udgivet ikke-lineært, der producerer comminution. En lavere anslagshastighed og langsommere loading af energi har en højere sandsynlighed for at producere en lineær fraktur i forhold til høj-effekt hastigheder og hurtig lastning26. At minimere forekomsten af comminution, denne protokol bruger en standard ram vægt på 250 g til mus - dette kan justeres til at rumme en større arter. Når du arbejder med meget unge dyr eller dem med en kendt knoglesygdom (fx, osteopeni eller osteosclerosis), kan det være nødvendigt at reducere ram vægt. Det er vigtigt at bruge en konsekvent ram vægt når justering drop højde så kun én variabel er der optimeret på et tidspunkt. Beregninger for artsspecifikke ideelle indvirkning hastigheder vil producere mere konsekvent frakturer af regnskab for små variationer i størrelse og blødt væv morfologi af modellen.

Metoderne beskrevet ovenfor fjerne mange mangler i andre fraktur generation protokoller; nogle aspekter kan dog kræve uddannelse til effektivt producere ønskede resultater. En mulig komplikation af proceduren er en ukorrekt pin placering, potentielt forårsager betydelig knogle eller blød-vævsskade. Dette skyldes primært den begrænset synlighed af tilgangen og en mangel på tilstrækkelige bilaterale hånd smidighed. En intern fiksering uden en åben incision kan kræve en rimelig mængde af færdigheder fra den person, der udfører proceduren. Derfor er det vigtigt, at han eller hun har haft tilstrækkelige uddannelsen - på kadavere, hvis nødvendigt - at undgå overskydende blød-vævsskade, der kan forårsage komplikationer i hele den helbredende proces. Som erkender de strukturer, der er fastsat i protokol (patella ligament, tibial plateau og intercondylar notch af lårben) vil hjælpe producere en ensartet og præcis fastgørelse med minimal blød-vævsskade. Målet med den beskrevne undersøgelse var imidlertid ikke til at fremlægge en detaljeret procedure for pin placering, men snarere at beskrive metoder til at generere ideelle frakturer.

Brugen af skæring gauge er stærkt anbefales at undgå enhver rivning gennem den proksimale ende af lårbenet eller distale ende af tibia. Bore gennem den proksimale ende af lårbenet kunne forvolder unødig skade på det bløde væv eller knogler i hoften, forårsager mobilitet og skade komplikationer under helingsprocessen. På samme måde, rivning gennem den distale ende af tibia vil skade ankel strukturer, ændring af gangart mekanik, lastning og callus dannelse.

For at øge nøjagtigheden af lokationen fraktur, kan en brugerdefineret lemmer-positionering jig designes til at sikre korrekt positionering af ekstremiteten i enheden. En præcis og nøjagtig indvirkning placering er afgørende for konsekvent generere frakturer på den ønskede placering. Vores laboratorium beskæftiger i øjeblikket to jigs: én til midten af tibial frakturer og den anden for midten af femur frakturer, men alsidigheden i et modulært design og 3D-printning giver forskere mulighed for at generere frakturer på forskellige steder. Tilføjelse af en brugerdefineret jig designet til at generere frakturer i et bestemt sted øger både nøjagtighed og præcision af fraktur generation ved at begrænse sandsynligheden for operatør fejl.

De få begrænsninger af denne metode er svarende til dem fundet i andre eksisterende lukket fraktur teknikker. Overdreven blødt væv eller fedt kan hindre generation af frakturer, som ses i ældre eller overvægtige mus. Det er vigtigt at bemærke, at dette er normalt på grund af manglende kraft og ikke til en mangel på indflydelse dybde. Denne begrænsning kan overvindes ved at øge enten ram vægt eller hastighed til at øge den kinetiske energi anvendt til webstedet fraktur. Denne metode er også afhængig af intern fiksation, som kan forstyrre knoglens endosteale overfladen af knoglen og påvirke heling. Mens knoglens endosteale forstyrrelser også opstår klinisk med intramedullære sømning, hvis bidraget fra endosteum til fraktur reparation er undersøgt, kan ekstern fiksation eller plader være en bedre løsning. En yderligere begrænsning er den krævede udsnit af offerdyr til at etablere de første parametrene; men efterhånden som fraktur variabler for flere prøve typer er etableret, databasen, behovet for ekstra blote prøver bør falde.

Den beskrevne protokol øger præcisionen af inducerede traumer ved hjælp af standardiserede parametre specifikt for prøvetype, minimere fraktur heterogenitet typisk ses i lukket fraktur generation procedurer. Mest aktuelle fraktur generation protokoller gælder kun murine arter og producere moderat konsekvent frakturer. De ofte kræver brug af en bestemt prøvetype at opnå optimale resultater eller højde ikke for variationer i stammer. Protokollen præsenteres her konti for variation i størrelsen eller knogle morfologi, der kan eksistere mellem mus stammer og kan tilpasses til at generere konsekvent frakturer i andre arter. Derudover vil den udbredte anvendelse af denne protokol støtte vedtagelsen af en standardiseret fraktur sprog mellem forskere. Ved hjælp af lignende protokoller med fælles variabler vil forbedre den metode konsistens og styrke sammenligninger mellem undersøgelser. Mens de parametre, der er diskuteret ovenfor er specifikke for murine lange knogler, er der potentiale for fraktur optimering-protokollen skal anvendes i supplerende fraktur modeller, nøjere stigende alsidighed i en kollektiv fraktur generation parameter database. Beskæftiger denne fraktur optimering protokol vil øge produktionen af homogen, brugbar prøver ved at forbedre sammenhængen i fraktur placering og mønster. Den højere procent udbytte af prøverne vil mindske spild af ressourcer, laboratorium, reducere antallet af dyr behov og forbedre undersøgelse effektivitet.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

Forfatterne har ikke noget at oplyse.

Acknowledgments

Den forskning, der er rapporteret i denne publikation blev støttet af det nationale Institut for gigt og bevægeapparat og hudsygdomme af National Institutes of Health under award nummer F30AR071201 og R01AR066028.

Materials

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

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

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

Tags

Medicin spørgsmål 138 fraktur knogle model femur tibia stabiliseret murine mus gnaver protokol optimering guillotine
Fraktur apparater Design og protokollen optimering for lukket-stabiliseret frakturer i gnavere
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Zondervan, R. L., Vorce, M.,… More

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

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

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

Waiting X
Simple Hit Counter