Erstellen Starr stabilisierte Frakturen zur Beurteilung intramembranöse Ossifikation, Distraktionsosteogenese, oder Heilung von kritischer Größe Mängel

Das übergeordnete Ziel dieses Verfahrens besteht darin, eine extern fixierte Tibia herzustellen, die zur Analyse der stabilisierten Frakturheilung, Distraktion, Osteogenese und Heilung eines segmentalen Defekts verwendet werden kann. Zunächst werden die Ringe des Fixateurs positioniert und durch Einführen steriler Insektenstifte in den proximalen und distalen Teil der Tibia fixiert, wobei die Ringe anschließend an den sterilen Insektenstiften befestigt werden. Danach wird eine Fraktur oder Osteotomie in der mittleren Diaphyse der Tibia erzeugt. Im letzten Schritt des Verfahrens wird die dritte Gewindestange eingesetzt, um die proximalen und distalen Ringe vollständig zu stabilisieren.

Letztendlich können Ergebnisse erzielt werden, die Mechanismen der Knochenbruchheilung, Distraktion, Osteogenese und Knochenintegration durch röntgenologische, histologische und molekulare Analysen aufzeigen. Die Demonstration des Verfahrens wird von den leitenden Wissenschaftlern Dr. Diane, Y. Yuu sowie der Postdoktorandin Dr. Chelsea Baney vom Orthopedic Trauma Institute, Labor für Skelettregeneration, am University of California San Francisco, San Francisco General Hospital, durchgeführt. Beginnen Sie mit dem Zusammenbau der speziell konstruierten externen Fixationsvorrichtung.

Die Fixationsrahmen bestehen aus zwei Aluminiumringen, die durch drei Gewindestangen aus rostfreiem Stahl, acht Sechskantmuttern und 17 passende Schrauben stabilisiert werden. Pro Fraktur werden zwei Aluminiumringe benötigt, um den proximalen Ring herzustellen: Schrauben Sie vier Sechskantmuttern und passende Schrauben locker in die entsprechenden Löcher. Um den distalen Ring herzustellen, schrauben Sie erneut vier Muttern und Schrauben ein, ohne sie vollständig festzuziehen. Setzen Sie anschließend zwei der langen Gewindestangen, die den Fixateur stabilisieren, in die Löcher bei 12 und 6 Uhr am distalen Ring ein und befestigen Sie sie mit zwei Sechskantmuttern.

Narkotisieren Sie eine Maus des gewünschten Alters und Geschlechts durch eine intraperitoneale Injektion von Ketamin und Xylazin und überprüfen Sie die vollständige Anästhesie mittels einer Zehenquetschprüfung. Nach dem Entfernen der Haare und dem Waschen mit Desinfektionsmittel tragen Sie Augenschmiermittel auf und legen die Maus anschließend für den Rest des Eingriffs auf eine Heizplatte.

Platzieren Sie den proximalen Ring am Bein, wobei die Muttern distal gerichtet sind, und schieben Sie den Ring oberhalb des Kniegelenks. Fixieren Sie den proximalen und distalen Metaphyse der linken Tibia mittels vier steriler Insektenspangen mit einem Durchmesser von 0,25 Millimetern, indem Sie die Spangen in einen Bohrer einsetzen und durch den Knochen bohren. Richten Sie die Spangen senkrecht zur langen Achse der Tibia und im rechten Winkel zueinander aus, wobei zwischen den proximalen und den distalen Spangen mindestens 10 Millimeter Abstand verbleiben.

Befestigen Sie die Stifte am proximalen Ring, wobei die Tibia zentral innerhalb des Aluminiumrings positioniert bleiben muss. Positionieren Sie den zweiten Ring unterhalb der distalen Stifte. Befestigen Sie die beiden Stangen am proximalen Ring und anschließend die Stifte am Ring mit den Sechskantmuttern.

Wie zuvor erzeugen Sie die Querfraktur durch eine Drei-Punkt-Biegung mit einem geeigneten Gerät. Stellen Sie die posterolaterale Oberfläche der Tibia über die Blöcke ab. Heben Sie das Gewicht entlang des Fallarms auf eine vorbestimmte Höhe an und lassen Sie es fallen, sodass es auf den anterolateralen Bereich der Tibia trifft.

Um die Querfraktur herzustellen, bestätigen Sie die Fraktur mittels Röntgenaufnahme. Befestigen Sie anschließend die letzte Edelstahl-Schraubstange an den Ringen, beginnend am distalen Ende. Führen Sie die Stange ein und schrauben Sie eine Mutter auf den distalen Ring, um die Stange zu sichern.

Danach eine weitere Mutter auf die Stange setzen, sodass der proximale Ring oben positioniert ist. Sicherstellen, dass die beiden Ringe im gleichen Abstand gehalten werden und die Stifte nicht belasten. Den proximalen Ring mit einer dritten Mutter an den Stangen befestigen.

Geben Sie Aamaz all zur Umkehrung der Anästhesie und Buprenorphin zur Analgesie hinzu und überwachen Sie die Tiere, bis sie ansprechbar und bewegungsfähig sind. Anschließend verabreichen Sie subkutane Injektionen von Buprenorphin zur Analgesie und erneut vier Stunden später für die standardmäßige Distraktionsosteogenese. Platzieren Sie anhand dieses Modells die Fixateure am Schienbein, erzeugen Sie eine Fraktur und belassen Sie sie fünf Tage lang in Ruhephase.

Nach fünf Tagen führen Sie die Distraktionsosteogenese durch Drehen der Muttern an den Stabilisierungsstäben durch. Drehen Sie viertelweise einmal täglich für sieben Tage. Die Tiere werden postoperativ sorgfältig hinsichtlich des Bedarfs an zusätzlicher Analgesie überwacht.

Knochige Brücke bildet sich innerhalb von 10 Tagen, und die vollständige Konsolidierung ist 27 Tage nach Abschluss der Distraktion zu beobachten. Nach Verabreichung einer Anästhesie, Enthaarung mit einem Enthaarungsmittel und Reinigung der Haut mit einem Antiseptikum die Fixatoren wie zuvor beschrieben anbringen. Die Maus unter dem Stereomikroskop platzieren, um die mediale Tibia sichtbar zu machen, und dann mit einer Klinge Nr. 10 am Skalpell einen fünf bis sieben Millimeter langen Schnitt setzen.

Schneiden und trennen Sie den Muskel vorsichtig, um die mittlere Diaphyse der Tibia freizulegen. Benutzen Sie die Spitze einer Schere, um langsam ein drei Millimeter langes Segment der Tibia zu entfernen, wobei darauf geachtet werden muss, den Knochen nicht durch eine starke mechanische Kraft zu verschieben. Entfernen Sie anschließend alle verbleibenden Knochenfragmente mit einer Pinzette.

Nach der Untersuchung der Operationsstelle auf Knochenfragmente wird der Muskel um die abgestumpften Enden der Tibia herum wieder eingesetzt. Die Hautinzision wird mit zwei bis drei Nähten aus 6,0er Poly-Monofil geschlossen und anschließend der dritte Stab zur Stabilisierung des externen Fixateurs eingeführt. Wie zuvor gezeigt, wird die Anästhesie umgekehrt, Analgetika verabreicht und die Tiere weiterhin auf Schmerzen überwacht.

Wie zuvor beschrieben, verleihen externe Fixateure bei korrekter Anwendung eine äußerst rigide Stabilität bei geschlossener Schienbeinfraktur mit exzellenter Reposition, wie in diesem Röntgenbild nach der Fraktur gezeigt, wobei die gut ausgerichteten Knochensegmente durch die Pfeilspitze markiert sind. Frakturen, die mit dieser Methode stabilisiert wurden, heilen primär über eine intramembranöse Ossifikation. Hier dargestellt mittels Trichrom-Färbung, zeigt die stabilisierte Fraktur bereits neues Knochengewebe an der Frakturstelle. Im Gegensatz dazu bildet sich bei fehlender Stabilisierung ein großer knorpeliger Kallus im Frakturspalt, der im Anschluss durch den Prozess der enchondralen Ossifikation in Knochen umgewandelt wird. Diese Technik ebnete den Forschern auf dem Gebiet der Orthopädie den Weg, um die Mechanismen der stabilen Frakturheilung bei Mäusen zu untersuchen.