Fratura aparelhos Design e otimização de protocolo para fraturas fechadas-estabilizado em roedores

Summary

O objetivo do protocolo é otimizar os parâmetros de geração de fratura para produzir fraturas consistentes. Este protocolo é responsável para as variações no tamanho do osso e morfologia que possam existir entre os animais. Além disso, um aparelho de fratura cost-effective, ajustável é descrito.

Abstract

A geração confiável de fraturas estabilizadas consistentes em modelos animais é essencial para compreender a biologia de regeneração óssea e desenvolvimento de terapêuticas e dispositivos. No entanto, modelos de lesão disponíveis são atormentados por inconsistência, resultando em desperdício de animais e recursos e dados imperfeitos. Para resolver este problema da heterogeneidade de fratura, o objetivo do método aqui descrito é otimizar a geração de fratura parâmetros específicos para cada animal e produzir uma fratura consistente localização e padrão. Este protocolo é responsável por variações no tamanho do osso e morfologia que possam existir entre estirpes de rato e pode ser adaptado para gerar fraturas consistentes em outras espécies, como o rato. Além disso, um aparelho de fratura cost-effective, ajustável é descrito. Em comparação com as técnicas atuais de fratura estabilizada, o protocolo de otimização e novos aparelhos de fratura demonstram maior consistência nos padrões de fratura estabilizada e locais. Usando otimizado parâmetros específicos para o tipo de amostra, o protocolo descrito aumenta a precisão dos traumas induzidos, minimizando a heterogeneidade de fratura normalmente observada nos processos de geração de fratura fechada.

Introduction

Pesquisa sobre a consolidação da fratura é necessária para resolver um grande problema clínico e económico. Cada ano mais 12 milhões de fraturas são tratadas no Estados Unidos¹, custando US $ 80 bilhões por ano². A probabilidade de um macho ou fêmea a sofrer uma fratura ao longo da vida é de 25% e 44%, respectivamente³. Problemas associados com a consolidação da fratura são esperados para aumentar com comorbidades mais que a população envelhece. Para estudar e resolver este problema, modelos sólidos de geração da fratura e estabilização são necessários. Modelos de roedores são ideais para essa finalidade. Eles fornecem a relevância clínica e podem ser modificados para as condições específicas do endereço(ou seja, múltiplas lesões, fracturas abertas, fechadas, isquêmicas e infectadas). Além de replicar cenários clínicos, modelos animais de fratura são importantes para a compreensão da biologia óssea e em desenvolvimento de terapêuticas e dispositivos. No entanto, as tentativas para estudar as diferenças entre as intervenções podem ser complicadas pela variabilidade introduzida pela geração de fratura inconsistente. Assim, gerar fraturas reproduzíveis e consistentemente fechadas em modelos animais é essencial para o campo de pesquisa músculo-esquelética.

Apesar de controlar corretamente para potenciais heterogeneidade do assunto, garantindo o fundo genético apropriado, sexo, idade e condições ambientais, a produção de lesões ósseas consistentes clinicamente relevante é uma variável significativa que afectam reprodutibilidade que deve ser controlada. Comparações estatísticas usando inconsistentes fraturas são atormentadas com ruído experimental e uma alta variabilidade⁴; Além disso, a variabilidade de fratura pode resultar em morte desnecessária de animais devido à necessidade de aumentar o tamanho da amostra ou a necessidade de eutanásia em animais com fraturas cominutivas ou malpositioned. O objetivo do método aqui descrito é otimizar os parâmetros de geração de fratura que são específicos para o tipo de amostra e produzir uma fratura consistente localização e padrão.

Modelos atuais de geração de fratura caem em duas categorias amplas, cada um com suas próprias forças e fraquezas. Modelos de aberto-fratura (osteotomia) se submeter à cirurgia para expor o osso, após o qual uma fratura é induzida pela corte do osso ou enfraquecimento isso e depois quebrá-lo manualmente^5,6,7,8. Os benefícios deste método são a visualização directa do local da fratura e um local de fratura mais consistente e padrão. No entanto, a relevância clínica e fisiológica da abordagem e mecanismo de lesão são limitadas. Além disso, o open métodos de geração de fratura requerem uma abordagem cirúrgica e encerramento com períodos prolongados, durante o qual os roedores estão expostos a um risco aumentado de contaminação.

Técnicas fechadas abordar muitas das limitações da técnica aberta. Fechado técnicas produzem fraturas usando um aplicados externamente um traumatismo que provoca lesão no osso e tecidos circundantes, mais semelhantes aos observados em lesões clínicas humanas. O método mais comum foi descrito por Bonnarens e Einhorn em 1984⁹. Eles descreveram uma guilhotina ponderada, sendo usada para transmitir um trauma para quebrar o osso, sem causar quaisquer feridas de pele externa. Este método tem sido amplamente adotado para estudar o efeito da genética^10,11, terapia farmacológica^12,13,14,15, mecânica^{16, 17}e fisiologia^18,19,20 na consolidação óssea em camundongos e ratos. Enquanto o benefício de métodos fechados é fisiologicamente relevantes fraturas, rigor e reprodutibilidade experimental são limitados pela heterogeneidade de fratura. A geração de fratura inconsistente resulta em uma diferenciação entre grupos limitada, espécimes perdidos e um aumento em animais necessários para alcançar significância estatística.

Controlar a variabilidade na geração de fratura e estabilização é essencial para produzir resultados significativos. A fim de estudar adequadamente a biologia do reparo de fratura, é necessário um modelo de fratura simples, porém robusta. O modelo deve ser traduzível para roedores, tipos de osso (fêmur ou tíbias, por exemplo) e através de origens genéticas do mouse variável e induzidas mutações. Além disso, o procedimento ideal deve ser tecnicamente simples e produzir resultados consistentes. A heterogeneidade de fratura de endereço, o método descrito neste documento é a construção de um dispositivo de fratura bem controlados que pode ser usado para otimizar parâmetros e gerar fraturas consistentemente fechadas, independentemente da idade, sexo ou genótipo.

Protocol

Este protocolo foi desenvolvido para garantir que os animais não são utilizados desnecessariamente e são poupados toda dor desnecessária e aflição; adere a todas as leis federais, estaduais, locais e institucionais e as diretrizes que regem a pesquisa animal. O protocolo foi desenvolvido sob a orientação de um laboratório universitária, programa de medicina Animal dirigido por veterinários especializado em medicina de animais de laboratório. O protocolo foi revisado e aprovado pelo cuidado institucional do An…

Representative Results

A guilhotina usada anteriormente em nosso laboratório foi desenvolvida em 2004 e foi baseada em modelos publicados por Einhorn21. O design não permitia ajustes para explicar adequadamente quaisquer diferenças na morfologia do osso e não permitiam um posicionamento reprodutível do membro. Além disso, o aparelho anterior necessárias duas pessoas para operá-lo. Portanto, nós concebido, projetado e construído um novo aparelho de fratura. O objetivo principal …

Discussion

Este protocolo de otimização e geração de fratura fornece a pesquisadores com um método eficiente para derivar parâmetros de fratura e realizar um procedimento minimamente invasivo, que produz fraturas transversais, precisas e reproduzíveis. Além disso, o presente protocolo estabelece um conjunto de parâmetros de geração de fratura, que promove a consistência do método entre os investigadores. Esses parâmetros permitirá a criação de um banco de dados comum da fratura para estabelecer padrões de fratura …

Materials

Support Subassembly			Supplementary Figure 1
Beam, Support–Jaw Section	80/20	1003 x 9.00	w/ #7042 at A, C, in Left End
Beam, Support–Horizontal Section	80/20	1002 x 14.00
Beam, Support–Vertical 1	80/20	1050 x 10.50	w/ #7042 at A in Left End and at A in Right End
Beam, Support–Vertical 2	80/20	1010 x 10.50	w/ #7042 at D, B in Left End and at A in Right End
Beam, Support–Plate Mount	80/20	1030 x 8.00	w/ #7036 at Left End
Beam, Support–Magnet	80/20	1010 x 13.50	w/ #7042 at A, C, in Right End
Anchors (3)	80/20	3392
Double Anchor (3)	80/20	3091
Bolt Assembly (6)	80/20	3386	1/4-20 x 3/8"
Button Head Socket Cap Screw (6)	80/20	3604	1/4-20 x 3/4"
Ram Subassembly			Supplementary Figure 2
Block, Stop	Custom		Supplementary Figure 3
Block, Guide	Custom		Supplementary Figure 3
Rod, Ram	Custom		Supplementary Figure 4
Alignment Screw	Custom		Supplementary Figure 5
Plate, Mounting	Custom		Supplementary Figure 6
Linear Sleeve Bearing (2)	McMaster-Carr	8649T2
Hex Nut (3)	McMaster-Carr	92673A125	3/8-16 UNC
Socket Cap Screw (8)	McMaster-Carr	92196A108	4/40 x 3/8"
Socket Cap Screw (6)	McMaster-Carr	92196A032	4/40 x 1 1/8"
Socket Cap Screw (1)	McMaster-Carr	92196A267	10/32 3/8"
Magnet Subassembly			Supplementary Figure 7
Mount, Magnet	Custom		Supplementary Figure 8
Power Supply	McMaster-Carr	70235K23
Foot Switch	McMaster-Carr	7376k2
Electromagnet	McMaster-Carr	5698k111
Wire – 10 feet	McMaster-Carr	9936k12
Rod, Magnet	McMaster-Carr	95412A566	1/4" Threaded Rod x 7"
Corner Bracket (6)	80/20	4108
Socket Cap Screw (1)	McMaster-Carr	92196A705	10/32 1 1/4"
Hex Nut (4)	McMaster-Carr	92673A113	1/4-20 UNC
Complete Assembly			Supplementary Figure 9
Bracket, Leg Jaw (2)	Custom		Supplementary Figure 10
Platform, Fracture	Custom		Supplementary Figure 11
Jig, Positioning-Fracture	Custom		Supplementary Figure 12
Other
Pin Cutter	Medical Supplies and Equipment	150S
Needles	Sigma	Z192430, Z192376	23g x 1.5" – mouse femur, 27g x 1.25" – mouse tibia