Name: Fractura de diseño de aparatos y optimización de protocolo para las fracturas cerradas-estabilizado en roedores (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2018-08-14T15:00:00.000+00:00
Duration: 6 min 59 s
Description: Aprende a optimizar parámetros de fractura ósea en roedores usando radiografías y un dispositivo ajustable. Este protocolo mejora la consistencia de las fracturas cerradas para estudios de biología ósea y curación.

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La investigación en esta publicación fue apoyada por el Instituto Nacional de artritis y lesiones músculo-esqueléticas y enfermedades de la piel de los institutos nacionales de salud, bajo la concesión número F30AR071201 y R01AR066028.

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Los autores no tienen nada que revelar.

Este protocolo de optimización y generación de fractura ofrece a los investigadores con un método eficiente para derivar en parámetros de fractura y realizar un procedimiento mínimamente invasivo, que produce fracturas precisas, repetibles y transversales. Además, este Protocolo establece un conjunto común de parámetros de generación de fractura, que promueve la consistencia del método entre los investigadores. Estos parámetros permitirán la creación de una base de datos común de fractura para establecer patrones de frac...

Investigación sobre la curación de la fractura es necesaria abordar un problema clínico y económico grande. Cada año más 12 millones de fracturas se tratan en los Estados Unidos1, cuesta $ 80 billones por año2. La probabilidad de que un hombre o mujer sufre una fractura en su vida es de 25% y 44%, respectivamente3. Problemas asociados con la curación de la fractura se esperan que aumenten con mayor comorbilidad como la población envejece. Para estudiar y resolver este problema, se requieren sólidos modelos de generación de la fractura y estabilización. Modelos de roedores son ideales para este propósito. Proporciona relevancia clínica y puede ser modificados para condiciones específicas de la dirección (es decir, múltiples lesiones, fracturas abiertas, cerradas, isquémicas e infectadas). Además de replicar escenarios clínicos, modelos de fractura animales son importantes para entender la biología ósea y desarrollar terapias y dispositivos. Sin embargo, intenta estudiar las diferencias entre las intervenciones puede ser complicada por la variabilidad introducida por generación de fractura inconsistente. Por lo tanto, generando fracturas reproducibles y constantemente cerradas en modelos animales es esencial para el campo de Investigaciones Musculo-esqueleticas.
A pesar de correctamente controlar por heterogeneidad de sujeto potencial asegurándose de que el fondo genético apropiado, sexo, edad y condiciones ambientales, la producción de lesiones clínicamente relevantes hueso constante es una variable importante que afecta a reproducibilidad que debe ser controlada. Comparaciones estadísticas mediante fracturas incompatibles están plagadas de ruido experimental y una alta variabilidad4; Además, fractura de variabilidad puede resultar en la muerte innecesaria de animales debido a la necesidad de aumentar el tamaño de la muestra o la necesidad de eutanasia a animales con fracturas conminutas o malpositioned. El propósito del método descrito aquí es optimizar los parámetros de generación de fractura que son específicos al tipo de muestra y una ubicación consistente de la fractura y patrón.
Modelos actuales de generación de la fractura se dividen en dos grandes categorías, cada una con sus propias fortalezas y debilidades. Modelos de fractura abierta (osteotomía) someterse a una cirugía para exponer el hueso, después de que una fractura es inducida por el corte del hueso o debilitarlo y luego manualmente romperla5,6,7,8. Los beneficios de este método son la visualización directa del sitio de la fractura y un lugar de fractura más consistente y un patrón. Sin embargo, la importancia fisiológica y clínica del enfoque y mecanismo de lesión es limitadas. Además, métodos abiertos de generación de la fractura requieren un abordaje quirúrgico y cierre con periodos prolongados durante el cual los roedores están expuestos a un mayor riesgo de contaminación.
Técnicas cerradas abordar muchas de las limitaciones de la técnica abierta. Técnicas cerradas producen fracturas con un trauma de fuerza bruta aplicado externamente que induce lesiones en el hueso y los tejidos circundantes, más similares a las observadas en las lesiones clínicos humanos. El método más común fue descrito por Bonnarens y Einhorn en 19849. Describieron una guillotina ponderada se utiliza para impartir trauma embotado para romper el hueso sin causar heridas externas de la piel. Este método ha sido ampliamente adoptado para estudiar el efecto de la genética10,11, tratamiento farmacológico12,13,14,15, mecánica16, 17y fisiología18,19,20 hueso curativo en ratones y ratas. Mientras que el beneficio de métodos cerrados es fisiológicamente relevantes fracturas, rigor y reproducibilidad experimental está limitada por la heterogeneidad de la fractura. La generación de fractura inconsistente resulta en una diferenciación entre los grupos limitada, muestras perdidas y aumento de animales necesario para alcanzar significación estadística.
Controlar la variabilidad en la generación de la fractura y estabilización es esencial para producir resultados significativos. Para estudiar adecuadamente la biología de la reparación de la fractura, se necesita un modelo de fractura simple, pero muy sólida. El modelo debe ser traducible a roedores, tipos de hueso (fémur o tibias, por ejemplo) y a través de fondos genéticos del ratón variable e inducidos por mutaciones. Además, el procedimiento ideal debe ser técnicamente simple y produce resultados consistentes. Heterogeneidad de fractura de dirección, el método descrito aquí es la construcción de un dispositivo de fractura bien controlada que puede utilizarse para optimizar parámetros y generar fracturas cerradas consistente sin importar edad, sexo o genotipo.

<table><tbody><tr><td><Subconjunto > soporte fuerte< / Figura</td> <td>suplementaria</td>> <td></td><td></td></tr><tr><td>1 viga, soporte--sección de mordaza&nbsp;</td><td>80/20</td><td>1003 x 9.00</td><td>con #7042 en A, C, en el extremo izquierdo</td></tr><tr><td>Viga, Soporte--Sección Horizontal</td><td>80/20</td><td>1002 x 14.00</td><td></td></tr><tr><td>Viga, Soporte--Vertical 1</td><td>80/20</td><td>1050 x 10.50&nbsp;</td><td>con #7042 en la A en el extremo izquierdo y en la A en el extremo derecho</td></tr><tr><td>Viga, Soporte--Vertical 2</td><td>80/20</td><td>1010 x 10.50&nbsp;</td><td>con #7042 en D, B en el extremo izquierdo y en A en el extremo derecho</td></tr><tr><td>Viga, soporte: montaje de placa</td><td>80/20</td><td>1030 x 8.00 &nbsp;</td><td>con #7036 en el extremo izquierdo</td></tr><tr><td>Viga, soporte--Imán</td><td>80/20</td><td>1010 x 13.50&nbsp;</td><td>con #7042 en A, C, en el extremo derecho</td></tr><tr><td>Anclajes (3)</td><td>80/20</td><td>3392</td><td></td></tr><tr><td>Anclaje doble (3)</td><td>80/20</td><td>3091</td><td></td></tr><tr><td>Conjunto de pernos (6)</td><td>80/20</td><td>3386</td><td>1/4-20 x 3/8"</td></tr> <tr><td>Tornillo de cabeza hueca de botón (6)</td><td>80/20</td><td>3604</td><td>1/4-20 x 3/4</td></tr><tr><td>"<fuerte>Conjunto de ariete</fuerte></td><td></td><td></td><td>Figura suplementaria 2</td></tr><tr><td>Bloque, tope</td><td>Figura</td><td>suplementaria</td>personalizada <td></td> Bloque 3</tr><tr><td>, guía</td><td>Figura suplementaria</td><td>personalizada</td><td></td> 3</tr><tr><td>Varilla, ariete</td><td>Figura suplementaria</td><td>personalizada</td><td></td> 4</tr><tr><td>Tornillo de alineación</td><td>Figura suplementaria</td><td>personalizada</td><td></td></tr> 5 <tr><td>placa, montaje</td><td>Figura suplementaria</td><td>personalizada</td><td></td> Figura 6</tr><tr><td>Cojinete de manguito lineal (2)</td><td>McMaster-Carr</td><td>8649T2</td><td></td></tr><tr><td>Tuerca hexagonal (3)</td><td>McMaster-Carr</td><td>92673A125</td><td>3/8-16 UNC</td></tr><tr><td>Tornillo de cabeza hueca (8)</td><td>McMaster-Carr</td><td>92196A108</td><td>4/40 x 3/8"</td></tr> <tr><td>Tornillo de cabeza hueca (6)</td><td>McMaster-Carr</td><td>92196A032</td><td>4/40 x 1 1/8"</td></tr> <tr><td>Tornillo de cabeza hueca (1)</td><td>McMaster-Carr</td><td>92196A267&nbsp;</td><td>10/32 3/8"</td></tr><tr><td><Conjunto > imán fuerte</Complementario fuerte></td><td></td><td></td><td>Figura 7</td></tr><tr><td>Montaje, imán</td><td>Figura complementaria</td><td>personalizada</td><td></td></tr> 8 <tr><td>Fuente de alimentación</td><td>Interruptor de pie McMaster-Carr</td><td>70235K23</td><td></td></tr><tr><td></td><td>Electroimán McMaster-Carr</td><td>7376k2</td><td></td></tr><tr><td>Cable</td><td>McMaster-Carr</td><td>5698k111</td><td></td></tr><tr><td>- 10 pies</td><td>McMaster-Carr</td><td>9936k12</td><td></td></tr><tr><td>Varilla, Imán</td><td>McMaster-Carr</td><td>95412A566</td><td>Varilla roscada de 1/4" x</td></tr> <tr><td>Soporte de esquina de 7" (6)</td><td>80/20</td><td>4108</td><td></td></tr><tr><td>Tornillo de cabeza hueca (1)</td><td>McMaster-Carr</td><td>92196A705</td><td>10/32 1 1/4"</td></tr> <tr><td>Tuerca hexagonal (4)</td><td>McMaster-Carr</td><td>92673A113</td><td>1/4-20 UNC</td></tr><tr><td>Montaje completo</fuerte></td><td></td><td></td><td>Figura suplementaria Soporte 9</td></tr><tr><td>, mandíbula de la pierna (2)</td><td>Figura suplementaria</td> <td>personalizada</td><td></td> 10</tr><tr><td>Plataforma, fractura</td><td>Plantilla suplementaria</td><td>personalizada</td><td></td> figura 11</tr>, <tr><td>posicionamiento-fractura</td><td>Figura suplementaria</td> <td>personalizada</td><td></td> 12</tr><tr><td><fuerte>Otro</fuerte></td>Cortador de <td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>pasador</td><td>Suministros y equipos médicos</td><td>150S Agujas</td><td></td></tr><tr><td></td><td>Sigma Z192430</td><td>, Z192376&nbsp;</td><td>23g x 1.5" - fémur de ratón, 27g x 1.25" - tibia de ratón</td></tr></tbody></table>

fractura de diseño de aparatos y optimización de protocolo para las fracturas cerradas-estabilizado en roedores

Fracture Apparatus Design and Protocol Optimization for Closed-stabilized Fractures in Rodents

La generación confiable de constantes fracturas estabilizadas en modelos animales es esencial para entender la biología de la regeneración ósea y desarrollar terapias y dispositivos. Sin embargo, modelos de daño disponible están plagados por inconsistencia resultando en animales perdidos y los recursos y datos imperfectos. Para abordar este problema de la heterogeneidad de la fractura, el propósito del método descrito aquí es optimizar parámetros de generación de fractura específicos de cada animal y una ubicación coherente fractura y patrón. Este protocolo representa variaciones en el tamaño del hueso y morfología que puede existir entre las cepas de ratón y puede adaptarse para generar constantes fracturas en otras especies como la rata. Además, se describe un aparato de fractura económica, ajustable. En comparación con las técnicas actuales de fractura estabilizada, el protocolo de optimización y nuevos aparatos de fractura demuestran mayor consistencia en los patrones de fractura estabilizada y ubicaciones. Utilizando optimizado parámetros específicos del tipo de muestra, el protocolo descrito aumenta la precisión de traumas inducidos, minimizar la heterogeneidad de fractura observada típicamente en procedimientos de generación de fractura cerrada.

La guillotina usada previamente en nuestro laboratorio se desarrolló en 2004 y se basó en modelos publicados por Einhorn21. El diseño no permite ajustes para tener en cuenta adecuadamente las diferencias en la morfología ósea y no permite un posicionamiento reproducible de la extremidad. Además, el aparato anterior requiere dos personas para operarla. Por lo tanto, diseñamos, diseñado y había construido un nuevo aparato de fractura. El objetivo de diseño principal ...

El objetivo del protocolo es optimizar los parámetros de generación de la fractura para producir fracturas constantes. Este protocolo representa las variaciones en el tamaño del hueso y la morfología que puede existir entre los animales. Además, se describe un aparato de fractura económica, ajustable.

Fractura de diseño de aparatos y optimización de protocolo para las fracturas cerradas-estabilizado en roedores

The reliable generation of consistent stabilized fractures in animal models is essential for understanding the biology of bone regeneration and developing ...

Este método puede ayudar a responder preguntas clave en el campo de la biología ósea, como qué intervenciones promueven la curación de las fracturas. La principal ventaja de esta técnica es que proporciona un método sencillo para derivar parámetros y generar fracturas consistentes. Para localizar la región de la fractura, se obtienen radiografías de la extremidad, fémur o tibia que se va a fracturar en una muestra representativa de cinco animales sacrificados.Las imágenes de Tibia se muestran aquí. Marque la ubicación deseada de la fractura en la radiografía de la extremidad que se va a fracturar. Mida desde la articulación tibial calcánea hasta el nivel de la fractura marcada.Calcule la longitud media de la fractura para todas las muestras de ensayo. En el dispositivo de fractura ajustable, mida la distancia desde la superficie exterior de un yunque de soporte hasta el centro del impacto de la guillotina. Reste el centro del impacto de la guillotina de la longitud de la fractura para calcular la profundidad de la plantilla de posicionamiento de fractura, o JD. Imprima a máquina o en 3D un canal en forma de U con una altura y anchura iguales al yunque y una profundidad igual a la JD. Coloque la muestra en el aparato de fractura en posición prona para fracturas de fémur o en posición supina para fracturas de tibia.Presione el dorso del pie contra el extremo de la plantilla de posicionamiento de fractura. Presione manualmente la guillotina hasta que la extremidad se fracture. Obtener una radiografía de la extremidad fracturada para confirmar el tamaño de la plantilla y la ubicación de la fractura.Para determinar la longitud del clavo, mida la longitud de la extremidad desde la meseta tibial hasta el nivel del maléolo posterior para las fracturas de tibia. Para determinar el ancho del pasador, mida el diámetro medular mínimo en la extremidad fracturada. Seleccione una aguja con un calibre aproximadamente equivalente al diámetro medular y una longitud superior a 1,5 veces la longitud del alfiler.Un tamaño aproximado de pin para un ratón C57 black six de 14 semanas de edad es de calibre 27, una pulgada y cuarto, y calibre 22, una pulgada y media para la tibia y el fémur, respectivamente. Imprima a máquina o en 3D un calibre con una longitud igual a la longitud del alfiler menos la longitud de la aguja. Un extremo debe tener un saliente para apoyarse contra el cubo de la aguja y el otro debe indicar dónde se debe cortar el alfiler.Use una maquinilla eléctrica o una crema depilatoria para eliminar el vello de las piernas de los especímenes de ensayo sin fractura desde la mitad de la tibia hasta la mitad del fémur, exponiendo la articulación de la rodilla. Para sujetar la tibia, inserte la aguja percutáneamente, lateral al ligamento rotuliano. Retraiga el ligamento rotuliano medialmente y alinee la punta de la aguja con el eje de la tibia.Con un movimiento de escariado, rompa suavemente la meseta tibial y guíe la aguja por la cavidad medular. A continuación, use el calibre y la resma hasta que la aguja expuesta sea igual a la longitud del calibre. Retraiga la aguja aproximadamente tres milímetros, para dejar suficiente espacio para cortar la aguja al nivel indicado por el calibre.Engarce 3 milímetros del extremo distal del pasador con un cortador de alfileres y luego corte el pasador al nivel del calibre. Sincronice el alfiler con la superficie articular utilizando una varilla con un diámetro 1,5 veces mayor que el diámetro de la aguja. Obtener radiografías para confirmar que la aguja se extiende a lo largo del canal medular de la extremidad y no sobresale del extremo proximal o distal.Para determinar la profundidad del impacto, mida el diámetro de la corteza al nivel de la fractura deseada en la radiografía. Coloque una muestra de ensayo clavada en el dispositivo de fractura utilizando la plantilla de posicionamiento de fractura. Apoye el ariete de impacto en la extremidad no lesionada.No permita que el ariete caiga. El hueso debe permanecer intacto durante este paso de optimización. Aplique suficiente fuerza hacia abajo sobre el carnero para comprimir el tejido blando, pero sin fracturar el hueso.Ajuste la profundidad de impacto a 75 veces el diámetro cortical para tener en cuenta el tejido blando. Establezca la altura de caída en dos centímetros. Coloque el ariete en su posición inicial conectándolo al electroimán activado.Coloque una extremidad de prueba en el aparato de fractura. Presione el dorso del pie contra la plantilla de posicionamiento de fracturas. Presione brevemente el interruptor de pie para liberar el ariete y luego retablécelo a su posición inicial.Radiografiar la extremidad de prueba impactada e inspeccionar en busca de cualquier evidencia de fractura. Esto puede ser sutil cuando se utilizan velocidades bajas con una profundidad de impacto controlada. Si no se genera ninguna fractura, aumente la altura de caída en dos centímetros.Si se genera una fractura, anote la altura de caída y multiplíquela por 1,1. Esta es la nueva altura de caída. Utilice la nueva altura de caída para fracturar la siguiente extremidad de prueba.Continúe el procedimiento hasta que todas las muestras de ensayo estén fracturadas. Registre la altura de caída final y todos los parámetros de la optimización. Registre la edad, el sexo, el genotipo y el peso del espécimen del ensayo.El uso de un dispositivo de fractura ajustable y parámetros optimizados mejoró significativamente la generación de fracturas transversales simples. El grupo de pre-optimización solo generó una fractura transversal simple en 27 de las 58 muestras, es decir, el 46,55% de las veces. Mientras que, el grupo post-optimización exhibió fracturas transversales simples el 98,28% de las veces.Tras su desarrollo, esta técnica aumentó el rigor y la reproducibilidad de los modelos animales en los estudios de generación de fracturas. Después del procedimiento, se pueden utilizar otras técnicas, como la microtomografía computarizada y la histología, para responder preguntas adicionales sobre la morfología de la fractura.

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Investigación

JoVE Journal

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