Einstellbare Steifheit, Fixateur externe für die Ratte Femurosteotomie und segmentale Knochendefekt Modelle

Das übergeordnete Ziel dieses Verfahrens besteht darin, eine Operation an einem großen Knochendefekt durchzuführen, um neuartige Behandlungen für die Knochenregeneration und -reparatur zu untersuchen. Dies wird erreicht, indem zunächst ein externer Fixateur am Femur einer Ratte implantiert wird. Anschließend wird ein flexibler Draht verwendet, um einen fünf Millimeter großen segmentalen Knochendefekt zu erzeugen.

Anschließend wird eine Behandlung, beispielsweise mit Bone Morphogenetic Protein 2, über einen Scaffhold verabreicht, um die Knochenheilung zu fördern. Schließlich wird die in-vivo-Steifigkeit zum gewählten Zeitpunkt verändert. Letztendlich können Ergebnisse erzielt werden, die den Fortschritt der Knochenregeneration unter medikamentöser Therapie sowie den Einfluss der lokalen mechanischen Umgebung auf das Heilungsergebnis mittels in-vivo-, Röntgen- und Mikro-CT-Untersuchungen sowie durch Histologie, biomechanische Tests und molekulare Analysen am Ende der Studie aufzeigen.

Der Hauptvorteil dieser Technik im Vergleich zu bestehenden externen Fixationsgeräten liegt darin, dass sie kommerziell erhältlich ist und ein standardisiertes, selbstverriegelndes Winkel- oder Stabilisierungssystem darstellt, bei dem die Schrauben in einer Platte verankert sind, während andere in der Literatur beschriebene Konstruktionen eine Platte verwenden, die mit Schrauben befestigt wird, um zusammen mit RSNA-Draht eine enge Einheit zu bilden, was diese Art der Konstruktion anfällig für Lockerungen macht und erfordert, dass die Schrauben alle zwei Wochen erneut angezogen werden müssen. Darüber hinaus ist sie leicht, kompakt und aus Peek gefertigt, was die Anwendung radiologischer Bildgebung in vivo ermöglicht. Und nicht zuletzt erlaubt die Konstruktion die in-vivo-Justierung der Fixationssteifigkeit. Nachdem eine Ratte mit Isofluran anästhesiert und die Sedierungstiefe überprüft wurde, sowie ein Antibiotikum und ein Analgetikum verabreicht und das gesamte rechte Hinterbein rasiert und gereinigt wurde.

Entsprechend dem Textprotokoll verwenden Sie ein Skalpell, um einen ungefähren Einschnitt auf der Oberfläche des rechten Femurs entlang der kranialen lateralen Seite durch die Haut von drei bis vier Zentimetern vom großen Trochanter bis zur suprakondylären Region des Knies mit vorsichtiger Präparation vorzunehmen. Lösen Sie die Fascia lata, ohne das Muskelgewebe zu durchtrennen, und legen Sie den Schaft des Femurs frei. Spreizen Sie anschließend die lateralen MVAs und MBIs fmo auseinander, und heben Sie den Musculus tensor fasciae los, um die gesamte Länge des Femurs freizulegen, um das Muskelgewebe vor der Osteotomie vom Femur zu lösen. Setzen Sie einen Hohmann-Heber senkrecht auf die freigelegte Oberfläche des Femurs auf und lösen Sie mithilfe eines Skalpells das umgebende Muskelgewebe, indem Sie kontinuierlich um den Femur herumarbeiten und dabei stets dicht am Knochen bleiben, bis das gesamte umgebende Muskelgewebe aus dem mittleren Abschnitt des Knochens gelöst ist.

Um einen fünf Millimeter großen Knochendefekt zu erzeugen, sägen Sie mit zwei Stücken flexiblen Drahtsägeblatts in mediale-lateraler Orientierung um den Knochen herum. Positionieren Sie anschließend ein Stück auf der distalen Seite des Femurs nahe dem Kniegelenk und ein zweites Stück auf der proximalen Seite nahe dem Hüftgelenk. Verwenden Sie dann S-förmig gebogene Dissektions- und Ligaturpinzetten zum Klemmen.

Schneiden Sie das wackelige Drahtsägestück auf jeder Seite so ab, dass es stabil bleibt, nachdem der Oberschenkel nach außen rotiert wurde; platzieren Sie dann die externe Fixateurplatte auf der anterolateralen Oberfläche des Knochens. In dieser Position ist die Weichteckschicht am dünnsten, wodurch übermäßige Weichteckspannung unter der Fixateurplatte vermieden wird. Nachdem die Wunde geschlossen wurde, heben Sie die externe Fixateurplatte leicht von der Knochenoberfläche ab, um sicherzustellen, dass die Bohrungen der Platte mittig zur Knochenoberfläche ausgerichtet sind.

Um ein Abrutschen der Bohrerspitze zu verhindern, verwenden Sie den 1,00 Millimeter großen Senker, um die Position des ersten Lochs durch Erzeugen einer kleinen Vertiefung zu zentrieren. Verwenden Sie eine kleine Klammer, um den externen Fixateur parallel zur Längsachse des Knochens zu halten, und bohren Sie mit einem Elektrobohrer und einem 0,79 Millimeter großen Bohrer, wobei die Spitze in der zuvor auf der Knochenoberfläche erzeugten Vertiefung zentriert ist. Bohren Sie vor, das erste Loch auf der proximalen Seite des Femurs, und setzen Sie die Spitze des Senkers in eines der Löcher auf der Fixateurplatte ein.

Wenn die Spitze des Gegengewichts leicht in das Loch passt, handelt es sich um die obere Seite des Fixators. Falls sie nicht passt, drehen Sie die Fixatorplatte um, um sicherzustellen, dass die größeren Löcher der Fixatorplatte nach oben zeigen. Nachdem die Ausrichtung bestätigt ist, befestigen Sie die Platte am Sägeführer und setzen dann die Einheit am Knochen so auf, dass das erste vorgebohrte Loch mit dem ersten Loch der Platte übereinstimmt.

Verwenden Sie den 0,70 Millimeter großen quadratischen Steckschlüssel, der in die Handbohrmaschine eingesetzt wird, um den ersten Befestigungspflock in das Loch einzutreiben. Dadurch wird eine reproduzierbare Positionierung der übrigen Befestigungspflocke ermöglicht, sobald die Spitze des Befestigungspflocks mit dem Knochen in Kontakt kommt. Beginnen Sie, den Schlüssel unter kontinuierlicher axialer Belastung am proximalen Ende der Handbohrmaschine zu drehen.

Nach etwa fünf vollen Umdrehungen sicherstellen, dass das Gewinde am proximalen Ende der Montagepinne den Körper der externen Fixatorplatte erfasst. Dieses Gewinde verriegelt das System. Die Drehung stoppen, wenn das Ende des Knochensgewindes nahe an der Oberfläche des Knochens liegt.

Nachdem der erste Montagepin eingesetzt ist, führen Sie den 1,0 Millimeter-Kegelsenker in die Handbohrmaschine ein und führen ihn durch das entfernteste Loch, bis die Spitze mit dem Knochen in Kontakt steht. Dann beginnen Sie, den Kegelsenker unter kontinuierlicher axialer Belastung am proximalen Ende der Handbohrmaschine langsam zu drehen. Nach zwei bis drei vollen Umdrehungen verhindert die soeben erzeugte Nut, dass der 0,79 Millimeter-Bohrer abrutscht.

Bohren Sie dann das Loch, das am weitesten vom ersten Montagepin auf der distalen Seite entfernt ist. Führen Sie den 0,70 Millimeter großen Steckschlüssel in den Handbohrer ein und setzen Sie anschließend den Montagepin in die Spitze ein. Führen Sie die Spitze vorsichtig in die Platte des externen Fixateurs ein, ohne die Ausrichtung des zweiten vorgebohrten Lochs zu verlieren.

Nachdem die Stifte an beiden Enden eingesetzt sind, werden die beiden mittleren Löcher versenkt und vorgebohrt. Die Reihenfolge der Implantation der beiden mittleren Stifte ist nicht wichtig. Nachdem der externe Fixateur über 0,22 Millimeter hinaus angebracht ist.

Ein vibrierender Drahtsäge wird einzeln durch die beiden Rillen unterhalb des Femurs geführt, wobei unter Zusatz von Salzlösung auf den Knochen durch reziproke Vorwärts-Rückwärts-Bewegung ein fünf Millimeter langer segmentaler Defekt angelegt wird. Anschließend wird die Sägevorrichtung entfernt, nachdem der Defekt oder die Osteotomie angelegt wurde. Es wird eine Behandlung, wie beispielsweise rekombinantes menschliches Knochen-Morphogenetisches Protein 2, auf einem resorbierbaren Kollagenschwamm appliziert.

Verwenden Sie anschließend eine Hybo-Vicryl-Naht (0) zum Verschluss der Muskelschicht und der Fascia lata sowie eine Ethicon-Monocryl-Naht (3-0) zur Hautverschließung, um die Steifigkeit des externen Fixateurs in vivo zu verändern. Nach Sedierung der Ratte und Verabreichung einer Analgesie gemäß dem im Text beschriebenen Protokoll wird die Spitze des 0,50 Millimeter großen Vierkantschlüssels in die Verriegelungsschraube eingeführt, die an der Seite des montierten Fixateurs befestigt ist. Drehen Sie vorsichtig im Gegenuhrzeigersinn, bis der Pin zur Hälfte herausgezogen ist.

Wiederholen Sie den Vorgang für die zweite Stange auf derselben Seite der externen Fixatorplatte. Wenn beide Stangen auf derselben Seite zur Hälfte herausgezogen sind, verwenden Sie eine Pinzette oder eine Klemme und eine sanfte Bewegung, um das Verbindungselement auf der gegenüberliegenden Seite zu entfernen. Falls es nicht leicht abgeht, drehen Sie die Schrauben jeweils noch einige Male weiter.

Nachdem das Verbindungselement entfernt wurde, schieben Sie das gewünschte Verbindungselement mit der gewünschten Steifigkeit von der gegenüberliegenden Seite ein. Drehen Sie mit dem Vierkantschlüssel, bis die Verriegelungsschraube auf der gegenüberliegenden Seite zur Hälfte herausgezogen ist. Wiederholen Sie dies für die zweite Schraube.

Entfernen Sie das zweite Verbindungselement und ersetzen Sie es durch ein Verbindungselement mit der gleichen Steifigkeit wie dasjenige, das auf der gegenüberliegenden Seite ausgetauscht wurde. Treiben Sie dann die Verriegelungsschraube so weit ein, bis sie auf jeder Seite etwa gleich weit herausragt. Wiederholen Sie dies für die zweite Schraube.

Die radiologische Untersuchung bestätigte, dass die Fixatoren aller Steifigkeitsgrade während der gesamten acht Wochen des Experiments einen Abstand von einem Millimeter oder fünf Millimeter zum oralen Defekt aufrechterhielten, wie hier gezeigt. Dies war insbesondere bei den fünf Millimeter großen kritischen Defekten wichtig, bei denen keine spontane Heilung erfolgt. Es traten keine Infektionen, einschließlich Pin-Infektionen, auf, und eine Lockerung der Pins wurde nicht beobachtet, sofern die Anwendungsanweisungen befolgt wurden.

Wenn das Gewicht der Ratte zum Zeitpunkt der Operation 250 Gramm überstieg und eine Platte kleinerer Größe verwendet wurde, stieg die Belastung der Befestigungsnägel auf ein kritisches Niveau an, sodass ein bis zwei Wochen nach der Operation Ausziehvorgänge der Nägel an der distalen Seite des Femurs auftraten. Wie hier gezeigt, weisen größere Tiere außerdem dickes Muskelgewebe auf, das nach dem Verschluss der Wunde eine Spannung auf der Haut um das Implantat erzeugt. Dies führt zu Juckreiz und hat dazu geführt, dass Ratten den Fixateur durchknabberten, was die Wichtigkeit unterstreicht, ein Tier mit dem geeigneten Gewicht für den gewählten externen Fixateur auszuwählen.

Nach diesem Verfahren können andere Methoden, wie beispielsweise unterschiedliche Osteotomiegrößen zwischen 0,3 und drei Millimetern bei der Maus und bis zu sechs Millimetern bei der Ratte, durchgeführt werden, um weitere Fragestellungen zu bearbeiten, etwa die Untersuchung neuartiger Arzneimitteltherapien zur Verbesserung der Knochenheilung.