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Das kalvariale Modell der Knochenaugmentation wurde in den 90er Jahren mit dem Ziel entwickelt, das Konzept der geführten Knochenregeneration (GBR) im mund- und kraniofazianischen chirurgischen Bereich zu optimieren. Das Grundprinzip dieses Modells ist es, neues Knochengewebe vertikal auf dem kortikalen Teil des Schädels zu züchten. Dazu wird ein Reaktor (z. B. Titan-Dome, -Zylinder oder -Käfig) auf den Schädel fixiert, um die durch ein Transplantat durchgeführte Knochenregeneration (z. B. Hydrogel, Knochenersatz usw.) zu schützen. Mit Hilfe dieses Modells, Titan oder Keramik Käfige1,2,3,4,5,6, GBR Membranen7,8,9 ,10, osteogene Faktoren11,12,13,14,15,16,17, neuer Knochen ersatz12,16,17,18,19,20,21,22,23 , 24 , 25 , 26 , 27 , 28 , 29 oder der Mechanismus der Neovaskularisation während des Knochenregenerationsprozesses30 wurden bewertet.
Aus translationaler Sicht stellt das Kalvarimodell einen Einwandfehler dar, der mit einem Fehler der Klasse IV im Kiefer31verglichen werden kann. Ziel ist es, neuen Knochen über einem kortikalen Bereich zu züchten, ohne seitliche Unterstützung durch endogene Knochenwände. Das Modell ist somit extrem streng und bewertet das reale Potenzial vertikaler Osteokongation über den kortikalen Teil des Knochens. Wenn das hier beschriebene Modell in erster Linie der Beurteilung von Osteokontinition in Knochenersatzstoffen gewidmet ist, können auch Osteogenese und/oder Osteoinduktion enthoben werden, sowie Vaskulogenese1,2,3, 4,5,6,7,8,9,10,11,12,13 ,14,15,16,17,18,19,20,21,22 ,23,24,25,26,27,28,29,30.
Im Wesentlichen aus ethischen, praktischen und wirtschaftlichen Gründen wurde das kalvariale Modell beim Kaninchen entwickelt, bei dem der Knochenstoffwechsel und die Knochenstruktur im Vergleich zum Menschen durchaus relevantsind. Von den 30 oben genannten Referenzen verwendeten 80% das Kaninchen-Kalvarimodell1,2,3,4,5,6,7,8 ,9,10,11,12,13,14,15,17,22, 23,26,27,28,29,30,33, was die Relevanz dieses Tiermodells demonstriert. 2008 übertrug die Busenlechner-Gruppe das Kalvarimodell auf das Schwein, um den Vergleich von acht Knochenersatzstoffen gleichzeitig20 zu ermöglichen (im Vergleich zu zwei Knochenersatzstoffen mit dem Kaninchen). Auf der anderen Seite hat unsere Gruppe das Kaninchen-Kalvarialmodell auf Schafe übertragen. Kurz gesagt, wurden Titankuppeln auf Schafschädel gelegt, um die Osteokontisierung eines neuen 3D-gedruckten Knochenersatzes zu charakterisieren. Diese Studien ermöglichten es uns, das kalvariale Modell und seine Analyse zu entwickeln und zu meistern16,21.
Die letzten drei studien zitiert16,20,21, zusammen mit mehreren anderen Untersuchungen12,17,18,19,22, 23,24,26,27,28,29, bestätigt das große Potenzial des Kalvarimodells als Screening und Charakterisierung modell. Obwohl die erzielten Ergebnisse recht zufriedenstellend waren, wiesen sie auch auf einige Einschränkungen hin: (1) Die Verwendung von Titankuppeln, die die Röntgendiffusion und damit die Live-Mikro-CT-Nutzung verhinderten. Diese konnten vor der histologischen Verarbeitung nicht entfernt werden, was die Forscher zwang, die Proben in Polyharz (Methylmethacrylat)-Harz (PMMA) einzubetten. Die daraus resultierenden Analysen beschränkten sich daher weitgehend auf die Topographie. (2) Hohe finanzielle Kosten, insbesondere wegen der Kosten der Tiere, und Kosten im Zusammenhang mit der Logistik, Wartung und der Operation der Tiere. (3) Schwierigkeiten bei der Erlangung ethischer Zulassungen für große Tiere.
Eine aktuelle Studie von Polo, et al.26 hat das Modell auf dem Kaninchen weitgehend verbessert. Titankuppeln wurden durch verschließbare Zylinder ersetzt, die mit einem konstanten Materialvolumen gefüllt werden konnten. Vier dieser Zylinder wurden auf Kaninchenschädel gelegt. Nach Fertigstellung konnten die Zylinder entfernt werden, so dass Biopsien metallfrei waren, was viel mehr Flexibilität bei der Probenverarbeitung einführte. Das Kaninchen-Kalvarialmodell wurde attraktiv für gleichzeitige Tests mit geringeren Kosten, einfache Tierhandhabung und Erleichterung der Probenverarbeitung. Unter Ausnutzung dieser jüngsten Entwicklungen haben wir das Modell weiter verbessert, indem wir Titan durch PEEK ersetzt haben, um Zylinder herzustellen, wodurch die Röntgendiffusion und der Einsatz von Mikrotomographie bei lebenden Tieren ermöglicht wurden.
In diesem Artikel werden wir die Anästhesie- und Operationsprozesse beschreiben und Beispiele für Outputs zeigen, die mit diesem Protokoll erzielt werden können, d.h. (Immun-)Histologie, Histomorphometrie, Live- und Ex-vivo-Mikrotomographie zur Bewertung der Mechanismen von Knochen und quantifizieren die neue Knochensynthese, die durch Knochenersatzmaterialien unterstützt wird.