Este estudio estableció un modelo de defecto semisegmentario femoral de rata para evaluar el rendimiento mecánico y osteogénico de materiales sustitutos óseos bajo condiciones portantes sin el uso de fijación interna o externa.
Artículo de método
Este estudio estableció un modelo de defecto semisegmentario femoral de rata para evaluar el rendimiento mecánico y osteogénico de materiales sustitutos óseos bajo condiciones portantes sin el uso de fijación interna o externa.
La evaluación preclínica precisa de materiales sustitutivos óseos exige modelos que no solo apoyen la regeneración tisular, sino que también reflejen los desafíos mecánicos de las condiciones fisiológicas de carga. Sin embargo, la mayoría de los modelos convencionales de defectos óseos animales no cumplen con este aspecto. Por ejemplo, los modelos de defectos calvariales, aunque ampliamente utilizados, se crean en regiones no portantes de carga. De manera similar, los defectos de perforación o parciales en huesos largos se centran principalmente en la cicatrización localizada, careciendo de una transferencia de carga suficiente para evaluar el soporte mecánico. Este estudio estableció un modelo estandarizado de defecto óseo diáfisario semisegmentario en el fémur de rata para evaluar tanto el rendimiento mecánico como biológico de los materiales sustitutos óseos en un contexto portante sin el uso de dispositivos de fijación. Utilizando una pieza de mano rápida y una fresa dental cilíndrica especializada, se creó un defecto semicilíndrico de 4 mm de longitud y 1,5 mm de radio en el eje medio lateral del fémur. Se implantaron dos materiales representativos con propiedades distintas —el hidrogel de gelatina metacriloiloida (GelMA) y el polimetilmetacrilato impreso en 3D (3DP-PMMA)— para validar la capacidad del modelo de diferenciar las propiedades mecánicas de los materiales. Los análisis radigráficos, histológicos e inmunofluorescentes realizados a las 4 semanas tras la implantación revelaron que, debido a un soporte mecánico inadecuado, la implantación de GelMA condujo a una malunión con predominancia de tejido fibroso y a una integración ósea limitada. En contraste, el 3DP-PMMA facilitó la organización de la formación ósea nueva, la continuidad periostal y el reclutamiento de células tipo piezosensible mecanosensible al componente 1 del canal iónico (Piezo1+) y de la expresión del receptor de leptina (LepR+). Este modelo proporciona una plataforma práctica y reproducible para evaluar la capacidad de carga, la osteoinductividad y el potencial de osseointegración de los biomateriales. Puede servir como una herramienta valiosa para seleccionar materiales candidatos a aplicaciones ortopédicas, como la reconstrucción del hueso largo o la reparación de fracturas.
En condiciones fisiológicas, el hueso desempeña un papel central en el mantenimiento de la integridad estructural y la función mecánica del cuerpo. Soporta el peso corporal, permite el movimiento y protege los órganos internos. Cuando el hueso se daña debido a un traumatismo, resección tumoral o infección, especialmente en regiones portantes, la continuidad mecánica se interrumpe. Esta alteración suele provocar complicaciones como deformidad ósea, movilidad reducida, inestabilidad de las extremidades, dolor crónico e incluso problemas potencialmente mortales derivados de fracturas graves yhemorragias 1,2. Hoy en día, se han aplicado clínicamente sustitutos óseos como el injerto óseo y biomateriales para reemplazar tejido óseo gravemente dañado o restaurar defectos óseos a gran escala. De manera similar, para los sustitutos óseos implantados, su rendimiento mecánico comprometido puede provocar fallo del implante, resultando en fracturas no unidas o incluso catastróficas en el sitio deldefecto 3,4. Para restaurar tanto la estructura como la función, los materiales de sustitución ósea no solo deben promover la regeneración ósea, sino también poseer suficiente resistencia mecánica para soportar cargasfisiológicas 5.
Un paso crítico previo a la traducción clínica es la evaluación realista de si un biomaterial, una vez implantado in vivo, puede satisfacer las demandas mecánicas necesarias para el soporte estructural en regiones óseas portadoras. Aunque muchos biomateriales han mostrado potencial in vitro o en modelos pequeños y no portantes, su traslado a la práctica clínica suele verse obstaculizado por la falta de modelos preclínicos fiables que simulen condiciones mecánicas in vivo. Los modelos animales actualmente utilizados para estudios de defectos óseos incluyen defectosmandibulares 6, defectoscalvariales 7, defectos de perforación en huesoslargos 8, alveollospost-extracción 9, y así sucesivamente. Estos modelos evalúan principalmente la capacidad osteogénica de un material y se centran en los puntos finales de regeneración histológica oradiográfica 10,11. Sin embargo, considerando que estos sitios son o bien no portantes o están protegidos mecánicamente, no logran replicar las condiciones de tensión dinámica que se encuentran en los huesoslargos 12. Incluso cuando las propiedades mecánicas se prueban mediante técnicas in vitro como ensayos de compresión o resistencia a la tracción, estas no logran replicar la carga dinámica y las interacciones tisulares inherentes a los entornos invivo 13.
Una gran carencia en la investigación preclínica sigue siendo la falta de un modelo animal estandarizado y reproducible que permita la evaluación mecánica in vivo de sustitutos óseos bajo condiciones portantes. Para abordar esto, el estudio actual estableció un modelo semisegmentario de defecto óseo diáfisario en ratas. Este modelo proporciona un sitio de defecto estable y reproducible en una región portante, permitiendo la evaluación directa de la capacidad de soporte mecánico de los materiales sustitutivos óseos bajo carga fisiológica, y al mismo tiempo que permite la evaluación de los resultados osteogénicos. Además, el modelo puede aplicarse a diversas especies animales, ajustando el tamaño y la ubicación de los defectos según el animal específico utilizado. No obstante, no replica completamente el complejo entorno biomecánico de los huesos humanos, y para estudios centrados únicamente en defectos no portantes, cicatrización del hueso craneal o implantes estructurales muy grandes, pueden ser más adecuados modelos alternativos.
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Todos los procedimientos con animales realizados en este estudio recibieron la aprobación del Comité Ético de la Escuela de Estomatología de China Occidental, Universidad de Sichuan (WCHSIRB-AT-2025-342). Se obtuvieron ratas Sprague-Dawley machos (180 g cada una) de una fuente comercial y se asignaron aleatoriamente a dos grupos (n = 6 por grupo) según el material implantado. Los reactivos y el equipo utilizado se enumeran en la Tabla de Materiales.
1. Preparación preoperatoria
2. Procedimiento quirúrgico
3. Cuidados postoperatorios
4. Recolección de muestras y datos
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En este estudio, se estableció el modelo de defecto óseo diáfisario semisegmentario en ratas perforando un defecto de 4 mm de longitud y 1,5 mm de radio en el centro del fémur con una fresa cilíndrica específica de diamante de extremo plano (Figura 2A). Para demostrar la capacidad del modelo para probar el rendimiento mecánico y biológico de los materiales, establecimos dos grupos de comparación, con defectos implantados con hidrogeles GelMA o 3DP-PMMA (
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Además de las propiedades ampliamente enfatizadas de osteoinductividad, osteointegración ybiocompatibilidad 5, la respuesta mecánica y la capacidad de carga de los sustitutos óseos son igualmente vitales, especialmente para reparar defectos en huesos quesoportan peso 22. Las evaluaciones convencionales del rendimiento mecánico suelen basarse en métodos in vitro, como máquinas de prueba universal, pruebas de compresión o análisis de...
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Todos los datos y las imágenes originales están incluidos en este artículo. Los autores no declaran conflictos de interés.
Este estudio fue apoyado por la Fundación de Ciencias Naturales de la provincia de Sichuan (2025ZNSFSC0754).
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| Nombre | Empresa | Número de catálogo | Comentarios |
|---|---|---|---|
| Solución de iodóforo al 2% | Chengdu Jinshan Chemical Reagent Co., Ltd. | Ninguno | |
| Polimetacrilato de polimetil impreso en 3D (3DP-PMMA) | amablemente proporcionado por la Facultad de Ciencia e Ingeniería de Polímeros de la Universidad de Sichuan | Ninguno | |
| 4% de paraformaldehído | Biosharp | BL539A | |
| 75% de etanol | Chengdu Jinshan Chemical Reagent Co., Ltd. | Ninguno | |
| Bolas de algodón | Haishi Hainuo Group Co., Ltd. | Ninguno | |
| Palitos de algodón | Lakong Medical Devices Co., Ltd. | Ninguno | |
| Solución de tinción DAPI | Beyotime | Cat#C1005 | |
| Bisturí estéril desechable | Hangzhou Huawei Medical Supplies Co., Ltd. | 20100227 | |
| Gelatina metacriloilo-hidrogeles (GelMA) | amablemente proporcionado por la Facultad de Ciencia e Ingeniería de Polímeros de la Universidad de Sichuan | Ninguno | |
| GelMA 20% | Cellink | IKG125000005 | |
| IgG Anti-Ratón de Cabra y H L (Alexa Fluor 594) | Abcam | ab150116 | |
| Cabras Anti-Conejo IgG y L (Alexa Fluor y registro 488) | Abcam | ab150077 | |
| Kit de manchas de hematoxilina y eosina | Biosharp | C1005 | |
| Pieza de mano de alta velocidad | Foshan SCS Medical Instrument Co., Ltd. | 9018499000 | |
| Aguja de riego | Sichuan New Century Medical Polymer Products Co., Ltd. | Ninguno | |
| Masson' s Kit de tinte tricromo | Solarbio | G1340 | |
| Tejidos no tejidos médicos | Henan Yadu Industrial Co., Ltd. & nbsp; | Ninguno | |
| Tejidos no tejidos médicos | Henan Yadu Industrial Co., Ltd. & nbsp; | Ninguno | |
| Tomografía microcomputarizada (& micro; CT) | Scanco Medical AG | μ CT 45 | |
| Imita 20.0 para imágenes de sección transversal (función de recorte) | Materialise | Ninguno | |
| Portaagujas | Chengdu Shifeng Co., Ltd. | Ninguno | |
| Anticuerpo Ob-R/Receptor de Leptina (B-3) | Santa Cruz | SC-8391 | |
| Sistema de escaneo de diapositivas enteras de grado Olympus Research VS200 | Chengdu Knowledge Technology Co., Ltd | VS200 | |
| Elevador perióstico | Chengdu Shifeng Co., Ltd. | Ninguno | |
| Anticuerpo PIEZO1 | Novus | NBP1-78446 | |
| Solución salina | Sichuan Kelun Pharmaceutical Co., Ltd. | Ninguno | |
| Software de visualización médica Scanco para reconstrucción de imágenes 3D (scripts predefinidos) | Scanco Medical AG | Ninguno | |
| Fresa dental específica para diamantes (TF-22/170-021m/845-021m) | Compañía de Materiales Dentales Diantong | Ninguno | |
| Ratas Sprague-Dawley... | Byrness Weil Biotech Ltd | Ninguno | |
| Tijeras rectas | Chengdu Shifeng Co., Ltd. | Ninguno | |
| Motor quirúrgico | MARATÓN | N3-140232 | |
| Suturas quirúrgicas (monofilamento 4-0) | Hangzhou Huawei Medical Supplies Co., Ltd. | Ninguno | |
| Pinza vernier | De charcutería | DL91150 |
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