In Vivo Bewertung der Fraktur Kallus Entwicklung während der Knochenheilung bei Mäusen mit einem MRI-kompatiblen Osteosynthese Gerät für Maus Femur

Das übergeordnete Ziel dieser Technik ist es, die magnetisch-resonante Bildgebung (MRT) für die longitudinale Beurteilung der Entwicklung des murinen Frakturkallus während der Knochenheilung zu verwenden. Diese Methode kann helfen, wichtige Fragen im Bereich der Knochenheilung zu beantworten, z. B. wie sich Frakturschwielen im Laufe der Zeit in verschiedenen Mausmodellen entwickeln. Die Hauptvorteile dieser Technik bestehen darin, dass die Entwicklung des Frakturkallus in vivo in Echtzeit überwacht werden kann und dass der verwendete externe Fixateur ein hochstandardisiertes Frakturheilungsmodell bietet.

Das MRT-Verfahren wird von Anne Subgang, einer Technikerin der Small Animal Imaging Core-Einrichtung, vorgeführt. Bestätigen Sie vor Beginn des Eingriffs den angemessenen Sedierungsgrad durch fehlendes Ansprechen auf das Zehenkneifen und injizieren Sie der Maus subkutan eine Einzeldosis Antibiotika in ein Flüssigkeitsdepot von zweimal 250 Mikrolitern 0,9% Natriumchlorid. Tragen Sie Salbe auf die Augen des Tieres auf und legen Sie die Maus auf ein 37 Grad heißes Heizkissen.

Entfernen Sie das Fell von der rechten Hintergliedmaße und schrubben Sie den Operationsbereich mit einem Desinfektionsmittel auf Alkoholbasis. Legen Sie ein steriles Tuch über das Tier, so dass der Operationsbereich freiliegt, und bedecken Sie die rechte Hinterpfote mit einem kleinen Stück eines sterilen Handschuhs. Schrubben Sie den Operationsbereich noch dreimal mit Desinfektionsmittel.

Anschließend wird mit einem autoklavensterilisierten Skalpell ein etwa ein Zentimeter langer Längsschnitt an der Innenseite des rechten Oberschenkelknochens vorgenommen und mit einer Mikroschere und einer Pinzette der Musculus bizeps femoris und der Musculus vastus lateralis stumpf voneinander getrennt. Schneiden Sie den Sehnenansatz am Femurtrochanter ab, um einen freien Zugang zum anterolateralen Teil des Knochens zu ermöglichen, wobei Sie darauf achten, dass der Ischiasnerv erhalten bleibt, und positionieren Sie den externen Fixateur parallel zum Femur. Bohren Sie mit einem 0,45-Millimeter-Bohrer manuell Bohrlöcher durch den Kortex.

Und beginnend mit den proximalsten und distalsten Enden setzen Sie keramische Befestigungsstifte in die Löcher ein. Wenn alle Stifte platziert sind, befeuchten Sie den Knochen mit einer kleinen Menge steriler Kochsalzlösung und verwenden Sie eine 0,4-Millimeter-Gigli-Drahtsäge, um eine 0,4-Millimeter-Osteotomie durch den Lochknochen zwischen den beiden inneren Stiften zu erstellen. Spülen Sie den Osteotomiespalt vorsichtig mit zwei Millilitern steriler Kochsalzlösung, um alle Knochensplitter zwischen den beiden frakturierten Kortexen zu entfernen, und verwenden Sie eine kontinuierliche resorbierbare Naht, um die Muskeln anzupassen, gefolgt von einer Anpassung der Haut mit unterbrochenen, nicht resorbierbaren Nähten.

Reinigen Sie dann den Operationsbereich mit Desinfektionsmittel und bringen Sie die Maus bis zur vollständigen Genesung in ihren Käfig mit Überwachung zurück. Bereits drei Tage nach der Operation setzen Sie den externen Fixateur vorsichtig in eine speziell angefertigte Halterung ein und legen Sie die anästhesierte Maus auf eine temperaturgesteuerte Wiege zum Einführen in das MRT-Gerät. Befestigen Sie den externen Fixateur starr an der Montagevorrichtung an der Kopfspule mit vier Elementen und verwenden Sie ein spezielles Hochfeld-MRT-System für Kleintiere, das mit 11,7 Tesla arbeitet, um eine mit Protonendichte fettunterdrückte Turbo-Spin-Echosequenz mit mehreren Scheiben auf die Fraktur anzuwenden.

Wenn alle Bilder aufgenommen wurden, öffnen Sie die Daten in der entsprechenden Bildanalysesoftware und geben Sie die Voxelgröße als 0,05 x 0,05 x 0,35 Millimeter kubisch ein. Um die verschiedenen Gewebe im Frakturkallus mit halbautomatischem Schwellenwert basierend auf ihrer Intensität zu segmentieren, klicken Sie zunächst auf das Feld Neue Beschriftung bearbeiten und dann auf Material hinzufügen. Benennen Sie das Material in Hornhaut um und verwenden Sie das Lasso-Werkzeug, um den Hornhautbereich anhand des hypointensen Signals aus dem Periost vom umgebenden Gewebe zu unterscheiden.

Klicken Sie auf Zu Material hinzufügen, dann auf Material hinzufügen und benennen Sie das Material in Knorpel um. Segmentieren Sie mit dem Schwellenwertwerkzeug den Knorpel und wählen Sie nur aktuelles Material aus der Hornhaut aus. Klicken Sie dann auf Knorpel und Zu Material hinzufügen.

Wenn alle Gewebe segmentiert wurden, klicken Sie auf Oberfläche generieren, wenden Sie Keine für den Glättungstyp an, und klicken Sie auf Oberflächenansicht, um 3D-Rekonstruktionen der frakturierten Oberschenkelknochen basierend auf den Gewebesegmentierungsdaten zu generieren. Ein erfolgreicher chirurgischer Eingriff kann durch eine MRT-Aufnahme der Fraktur bestätigt werden, die alle vier Stifte in der Mitte des Oberschenkelschafts mit einem Osteotomiespalt zwischen 0,3 und 0,5 Millimetern zeigt. Am 10. Tag nach der Operation zeigt die Auswertung der Längsschnittscans während des Frakturheilungsprozesses Knorpelgewebe in der Mitte des Frakturkallus und knöchernes Gewebe an der Peripherie der Fraktur.

Sowohl das knorpelige als auch das knöcherne Gewebe nehmen bis zum 14. Tag zu. Das Knorpelgewebe nimmt dann bis zum 21. Tag ab, wo eine knöcherne Überbrückung zu beobachten ist. Nach der soeben gezeigten Segmentierung der verschiedenen Gewebe im Frakturkallus kann ein vollständiger 3D-Femurscan erstellt werden, bei dem die reife Rinde grau, die Keramikstifte gelb, das Kallusweichgewebe grün, das Knorpelgewebe rot und das kallöse Knochengewebe violett dargestellt sind.

Nachdem Sie sich dieses Video angesehen haben, sollten Sie ein gutes Verständnis dafür haben, wie Sie einen externen Fixateur auf den Femurknochen der Maus anwenden, um die Femurosteotomie zu erstellen, und wie Sie eine Maus in ein MRT-Gerät einführen, um eine standardisierte Scanposition zu gewährleisten. Sobald die Anwendung des externen Fixateurs und die Osteotomietechnik gemeistert sind, können sie innerhalb von 20 bis 30 Minuten abgeschlossen werden, wenn sie richtig durchgeführt werden.