מאמר שיטה

מודל פגם עצם דיאפיזי חצי-סגמנטלי בחולדות להערכת ביצועי תחליפי עצם באזורים נושאי עומס

DOI:

10.3791/69211

⸱

30 בדצמבר 2025

 ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  , 
1State Key Laboratory of Oral Diseases & National Center for Stomatology & National Clinical Research Center for Oral Diseases, West China Hospital of Stomatology, Sichuan University, 2Department of Cariology and Endodontics, West China Hospital of Stomatology, Sichuan University, 3Department of Jinjiang Outpatient, West China Hospital of Stomatology, Sichuan University

במאמר זה

סיכום

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

מחקר זה קבע מודל פגם חצי-סגמנטלי של הפמורל בעכברוש להערכת הביצועים המכניים והאוסטאוגניים של חומרים תחליפי עצם בתנאי עומס ללא שימוש בקיבוע פנימי או חיצוני.

תקציר

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

הערכה פרה-קלינית מדויקת של חומרים תחליפי עצם דורשת מודלים שלא רק תומכים בהתחדשות רקמות אלא גם משקפים את האתגרים המכניים של תנאי העומס הפיזיולוגיים. עם זאת, רוב המודלים הקונבנציונליים של פגמים בעצמות בעלי חיים לא מצטיינים בהקשר זה. לדוגמה, מודלים של פגמים קלוואריאליים, אף שהם בשימוש נרחב, נוצרים באזורים שאינם נושאי עומס. באופן דומה, פגמים חלקיים או חורי קידוח בעצמות ארוכות מתמקדים בעיקר בריפוי מקומי, ללא העברת עומס מספקת להערכת תמיכה מכנית. מחקר זה קבע מודל סטנדרטי של פגם עצם דיאפיזיאלי חצי-סגמנטל בירך העכברוש, כדי להעריך את הביצועים המכאניים והביולוגיים של חומרים תחליפי עצם בהקשר נושא עומס, ללא שימוש במכשירי קיבוע. באמצעות ידית מהירות גבוהה ובור דנטלי גלילי מיוחד, נוצר פגם חצי-גלילי באורך 4 מ"מ ורדיוס 1.5 מ"מ בציר האמצעי הצידי של הירך. שני חומרים מייצגים בעלי תכונות שונות – הידרוג'ל ג'לטין מתקרילויל (GelMA) ופולימתיל מתקרילט מודפס בתלת-ממד (3DP-PMMA) – הושתלו כדי לאמת את יכולת המודל להבחין בין התכונות המכניות של החומרים. ניתוחים רדיוגרפיים, היסטולוגיים ואימונופלואורסצנטיים שנערכו 4 שבועות לאחר ההשתלה חשפו כי, בשל תמיכה מכנית לא מספקת, השתלת GelMA גרמה לאיחוד לקוי עם דומיננטיות ברקמות הסיביות ולאינטגרציה מוגבלת של העצם. לעומת זאת, 3DP-PMMA סייע בארגון היווצרות עצם חדשה, רצף פריוסטלי, וגיוס תאי תעלה יונים רגישים מסוג פיזו (Piezo1+) ותאי ביטוי קולטני לפטין (LepR+). מודל זה מספק פלטפורמה מעשית וניתנת לשחזור להערכת קיבולת נשיאת העומס, האוסטיאואינדוקטיביות והפוטנציאל האוסיאואינטגרציה של חומרים ביולוגיים. הוא יכול לשמש ככלי חשוב לסינון חומרים מועמדים ליישומים אורתופדיים, כגון שיקום עצם ארוך או תיקון שברים.

מבוא

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

בתנאים פיזיולוגיים, לעצם יש תפקיד מרכזי בשמירה על שלמות המבנה והתפקוד המכני של הגוף. הוא תומך במשקל הגוף, מאפשר תנועה ומגן על האיברים הפנימיים. כאשר עצם ניזוקה עקב טראומה, כריתת גידול או זיהום, במיוחד באזורים נושאי עומס, הרצף המכני מופרע. הפרעה זו מובילה לעיתים קרובות לסיבוכים כמו עיוות בעצם, ירידה בניידות, חוסר יציבות בגפיים, כאב כרוני ואפילו בעיות מסכנות חיים כתוצאה משברים חמורים ודימום 1,2. כיום, תחליפי עצם כמו השתלת עצם וחומרים ביולוגיים מיושמים קלינית כדי להחליף רקמת עצם שנפגעה קשות או לשיקום פגמים גדולים בעצם. באופן דומה, עבור תחליפי העצם המושתלים, הביצועים המכניים הפגומים שלהם עלולים להוביל לכשל השתל, מה שמוביל לשברים לא מאוחדים או אפילו קטסטרופלים באתר הפגם 3,4. כדי לשקם גם את המבנה וגם את התפקוד שלהן, חומרים תחליפי עצם חייבים לא רק לקדם התחדשות עצם אלא גם להחזיק בכוח מכני מספיק כדילעמוד בעומסים פיזיולוגיים.

שלב קריטי לפני התרגום הקליני הוא הערכה ריאלית האם חומר ביולוגי, לאחר השתלה ב-vivo, יכול לעמוד בדרישות המכאניות הנדרשות לתמיכה מבנית באזורים נושאי העומס. למרות שחומרים ביולוגיים רבים הראו פוטנציאל במבחנה או במודלים קטנים שאינם נושאי עומס, תגובתם לפרקטיקה קלינית לעיתים קרובות מופרעת בשל היעדר מודלים פרה-קליניים אמינים המדמים תנאים מכניים ב-vivo. מודלים בעלי חיים המשמשים כיום למחקרי פגמים בעצם כוללים פגמים בלסתהתחתונה 6, ליקויי קלווארי7, פגמים בחורי קידוח בעצמותארוכות 8, שקעים לאחר ההוצאה9, וכן הלאה. מודלים אלו מעריכים בעיקר את היכולת האוסטאוגנית של החומר ומתמקדים בנקודות קצה של רגנרציה היסטולוגית או רדיוגרפית10,11. עם זאת, בהתחשב בכך שאתרים אלו אינם נושאים עומס או מוגנים מכנית, הם אינם משחזרים את תנאי המתח הדינמיים הקיימים בעצמות ארוכות12. גם כאשר תכונות מכניות נבדקות באמצעות טכניקות חוץ גופני כמו בדיקות חוזק דחיסה או מתיחה, הן אינן מצליחות לשחזר את העומס הדינמי והאינטראקציות בין רקמת המארח הטבועות בסביבות in vivo13.

פער מרכזי במחקר פרה-קליני נותר היעדר מודל בעלי חיים סטנדרטי וניתן לשחזור המאפשר הערכה מכנית ב-invivo של תחליפי עצם בתנאי עומס. כדי להתמודד עם זה, המחקר הנוכחי קבע מודל למום בעצם דיאפיזיאלית חצי-סגמנטלית בעכברים. מודל זה מספק אתר פגמים יציב וניתן לשחזור באזור נושא עומס, המאפשר הערכה ישירה של קיבולת התמיכה המכאנית של חומרים מחליפי עצם תחת עומס פיזיולוגי, ובמקביל מאפשר הערכת תוצאות אוסטאוגניות. יתרה מזאת, ניתן ליישם את המודל על מינים שונים של בעלי חיים, כאשר גודל הפגם ומיקומו מותאמים בהתאם לבעל החיים הספציפי בו נעשה שימוש. עם זאת, הוא אינו משחזר במלואו את הסביבה הביומכאנית המורכבת של עצמות האדם, ולמחקרים המתמקדים אך ורק בפגמים שאינם נושאי עומס, ריפוי עצם גולגולת או שתלים מבניים גדולים מאוד, מודלים חלופיים עשויים להתאים יותר.

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

פרוטוקול

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

כל הפרוצדורות שבוצעו במחקר זה קיבלו אישור מוועדת האתיקה של בית הספר לסטומטולוגיה של מערב סין, אוניברסיטת סצ'ואן (WCHSIRB-AT-2025-342). זכרים של חולדות ספרג-דולי (180 גרם כל אחד) נאספו ממקור מסחרי והוקצו באקראי לשתי קבוצות (n = 6 לכל קבוצה) בהתאם לחומר שהושתל. החומרים והציוד בהם משתמשים מופיעים בטבלת החומרים.

1. הכנה לפני הניתוח

  1. פריטים כירורגיים
    1. הכינו כלי ניתוח המתייחסים לאיור 1A, המתאימים לתוויות הממוספרות באיור, בסדר הבא: מלקחיים מעוקלים, סכין סטרילית חד-פעמית, מספריים ישר, מעלית פריוסטלי, מחט השקיה, בור יהלום דנטלי מסוים (ראו את התצוגה המורחבת באיור 1B), ידית מהירה, קליפר ורנייה, מנוע כירורגי, תפר מונופילמנט (4-0), ומחזיק מחט.
    2. הכינו תמיסת מלח סטרילית של 0.9% להשקיה.
  2. עיקור וחיטוי
    1. סטריליזציה של כלים כירורגיים שיכולים לעמוד באוטוקלב, כולל מלקחיים מעוקלים, מספריים, מעלית פריוסטלי, בור יהלום דנטלי, ידית מהירה ומחזיק מחט.
      הערה: יש לעטוף את הכלים בבדים רפואיים לא ארוגים ולאטום עם סרט אוטוקלאב לחיטוי בקיטור בטמפרטורה של 121-134 מעלות צלזיוס למשך 20-25 דקות.
    2. למכשירים רגישים לחום, כמו קליפרים של ורנייר ומנוע כירורגי, יש לחשוף אותם לאור אולטרה סגול לפחות 30 דקות לחיטוי. פריטים חד-פעמיים, כגון סכין סטרילית חד-פעמית, מחט השקיה ותפרים, צריכים להישאר אטומים באריזה המקורית שלהם עד לשימוש.
    3. ודא שסביבת הניתוח סטרילית ומבוקרת טמפרטורה. נגב את שולחן הניתוח והמשטחים הסובבים אותו עם 75% אתנול. השתמשו בבדים לא ארוגים סטריליים בדרגה רפואית כדי לכסות את שולחן הניתוחים.
      אזהרה: אתנול דליק; לטפל הרחק ממקורות הצתה ולשמור במכלים סגורים. לאסוף פסולת אתנול במיכלים ייעודיים לפסולת כימית לצורך הטמנה נכונה. לבש ציוד מגן אישי מתאים, כולל כפפות, חלוק מעבדה ומשקפי מגן.
  3. הרדמה
    1. שקלו את העכברוש וחשבו את מינון ההרדמה (100 מ"ג/ק"ג קטמין ו-10 מ"ג/ק"ג זילזין, תוך-פריטוני).
    2. השרה הרדמה 20 דקות לפני הניתוח (בהתאם לפרוטוקולים שאושרו על ידי המוסד) ואישור עומק הרדמה על ידי בדיקת היעדר תגובה לצביטת האצבע ואובדן הרפלקס המתיישר.
    3. מרחו משחה עינית על שתי העיניים כדי למנוע ייבוש בקרנית במהלך ההליך.

2. הליך כירורגי

  1. הכנת האתר
    1. הנח את העכברוש במצב שכיבה צדדית על ספסל הניתוח הסטרילי. גילחו את אזור הירך הצדדית התואם לבליטת הירך וחיטו את העור באמצעות טינקטורת יוד 2%, ואחר כך 75% אתנול (איור 2Ba).
      אזהרה: טינקטורת יוד דליקה ומגרה. לטפל באזור מאוורר היטב תוך כדי לבישת כפפות, חלוק מעבדה ומשקפי מגן בטיחות. השליכו מגבונים ותמיסות משומשות במיכלי פסולת כימית ייעודיים בהתאם לתקנות הבטיחות המוסדיות.
    2. כיסו את אתר הניתוח בסדין סטרילי עם קורה כדי לשמור על אספטיס.
  2. פתיחת אתר ניתוח
    1. השתמשו במלקחיים מעוקלים כדי לסייע בייצוב הרקמות, להחזיק את השרירים ולאבטח בעדינות את עצם הירך לאורך כל ההליך (איור 2Bb-h).
    2. בצע חתך עור אורך של 2-3 ס"מ מעל הצד הלטרלי של הירך עם מספריים ישרים כדי לחשוף את השרירים שמתחתיו (איור 2Bb).
    3. זהה את שרירי הרקטוס פמוריס והווסטוס לטרליס, והפריד אותם בזהירות לאורך הפאסיה הלבנה הגלויה (מסומנת על ידי החץ הצהוב באיור 2Bb) באמצעות מספריים ישרה (איור 2Bc).
    4. אתר וחשוף את חיבורי השרירים על פני השטח הצדדיים של עצם הירך (איור 2Bd).
    5. בצע חתך לאורך השרירים באמצעות סכין סטרילית חד-פעמית כדי להגיע למשטח הירך (איור 2Be).
      הערה: בעת ביצוע ניתוח חד (באמצעות מספריים או סכין) להפרדת רקמות רכות, יש להיזהר לא לפגוע בכלי הדם והעצבים שמתחתיהם. אם אינכם מכירים את המבנים האנטומיים, השתמשו במלקחיים דקים ובמעלית פריוסטלית לביצוע ניתוח קהה.
    6. בצע דיסקציה קהה באמצעות מעלית פריוסטלית לניתוק חיבורי שריר וחשיפת הדיאפיזיזה האמצעית של עצם הירך במלואה (איור 2Bf).
    7. הפרדו עוד את הירך מהשרירים הסובבים והחזיקו את אמצע הירך באמצעות מלקחיים מעוקלים (איור 2Bg).
  3. הקמת מודל ליקוי עצם דיאפיזי חצי-סגמנטל
    1. חברו את הבר השטוח הגלילי הספציפי (איור 1B) לידית המהירה, המונעת על ידי מנוע הניתוח. כוון את מנוע הניתוח ל-35,000 סל"ד.
    2. בהדמיה ישירה, יש לזהות את הנקודה הגבוהה ביותר של ציר הירך האמצעי כמרכז האנטומי ליצירת פגמים. קדח אנכית כלפי מטה בנקודה זו באמצעות הבור עד שנצפה אובדן פתאומי של התנגדות, המלווה בהופעת פליטת דם בתוך הפגם, מה שמעיד על חדירה מלאה לקורטיקה וגישה לחלל המדולרי (איור 2Bh).
      הערה: בהתחשב בשונות בעובי הקורטיקה בין בעלי חיים, מומלץ למפעילים להכיר את אנטומיית הירך ולבצע הכשרה טרום-ניסיונית כדי לתקן שלב זה.
    3. הגדל את הפגם על ידי ביצוע תנועות דחיפה-משיכה אופקיות מבוקרות הממוקדות סביב נקודת החדירה הראשונית. הארכי את הפגם לאורך (לאורך ציר הירך) ולרוחב (לאורך קוטר הירך) כדי ליצור בהדרגה פגם חצי-גלילי סטנדרטי באורך 4 מ"מ ורדיוס 1.5 מ"מ (איור 2Bi, ראו איור 2A למורפולוגיה ומיקום הפגם).
      הערה: לאחר שהנקודה המרכזית נקבעה, השתמשו בקליפר ורנייר כדי לסייע בהגדלת פגמים מדורגים, ולהבטיח מידות אחידות בכל הדגימות. העיצוב הצילינדרי השטוח של הבור הדנטלי המיוחד תואם את הפגם החצי-גלילי, ומאפשר הכנה יעילה וניתנת לשחזור.
    4. יש להשקות באופן רציף את אתר הניתוח במי מלח סטריליים באמצעות מחט ההשקיה כדי למנוע נמק תרמי במהלך חיתוך העצם.
  4. השתלת תחליף עצם
    1. הסירו בעדינות שאריות עצם ושטפו את האתר כדי לנקות חלקיקים שנותרו.
    2. השתלת הידרוג'לים ג'לטין מתקרילויל (GelMA) שאינם נושאי עומס (ראו טבלת חומרים) או פולימתיל מתקרילט מודפס תלת-ממדי נושאי עומס (3DP-PMMA) המיועדים לבדיקת ביצועים מכניים באתר הפגם, כדי להבטיח התאמה הדוקה (איור 2Bj).
      הערה: שני הביוחומרים המשמשים כאן נבחרו במכוון כדי לייצג תכונות מכניות וביולוגיות מנוגדות: הידרוג'ל GelMA משמש כחומר רך, לא נושא עומס, עם פוטנציאל אוסטאוגני מוגבל, בעוד ש-3DP-PMMA פועל כפיגום קשיח ונושא עומס המסוגל להעביר מאמץ יעיל ולתמוך ביצירת עצם14 (איור 2A). ניגוד זה מדגיש את יכולתו של המודל להעריך שתלים עם טווח רחב של חוזק מכני וביצועים ביולוגיים, ובפועל ניתן ליישם את מודל הפגם לבדיקת חומרים מועמדים אחרים עם תכונות מכניות.
  5. סגירת אתר הניתוח
    1. תפרו את שכבות השרירים באמצעות תפרי מונופילמנט 4-0 ומחזיק מחט, תוך שמירה על הימנעות ממתח מופרז (איור 2Bk).
    2. בצע סגירת עור עם תפרים מופרעים וחטא את אתר הניתוח באמצעות תמיסת יודופור 2% (איור 2Bl).

3. טיפול לאחר ניתוח

  1. העבר את העכברים לכרית חימום מחוטשת וקבועה (37 מעלות צלזיוס) כדי לאפשר החלמה לאחר הניתוח.
  2. מתן הקלה מתאימה לאחר הניתוח (למשל, בופרנורפין במינון 0.03 מ"ג/ק"ג תת-עורית כל 12 שעות למשך 48-72 שעות).
  3. כאשר העכברים מתעוררים, שים אותם בכלובים נקיים עם מצעים רכים וגישה נוחה לאוכל ולמים.
  4. עקבו מדי יום אחר אתר הניתוח לסימנים לזיהום, התנתקות או נפיחות לא תקינה. יש לעקוב אחר התנהגות העכברים, משקלם וניידותם לפחות 7 ימים לאחר הניתוח כדי להבטיח החלמה ולהעריך את רווחתם.

4. איסוף דגימות ואיסוף נתונים

  1. איסוף דגימות
    1. הורד את העכברים באמצעות שאיפת פחמן דו-חמצני ולאחר מכן אישור משני (בהתאם לפרוטוקולים שאושרו על ידי המוסד).
    2. קצור דגימות הירך 4 שבועות לאחר ההשתלה, כאשר בעלי החיים מחולקים בתחילה לשתי קבוצות חומר (n = 6 לכל קבוצה) כדי להעריך את הביצועים המכניים של החומרים.
      הערה: בקבוצת GelMA, שלושה בעלי חיים פיתחו שברים מלאים זמן קצר לאחר הניתוח והוחרגו, מה שהותיר שלושה דגימות זמינות לניתוחים נוספים.
    3. קיבעו את דגימות הירך ב-4% פאראפורמלדהיד למשך 48 שעות בטמפרטורה של 4°C.
      אזהרה: פאראפורמלדהיד הוא רעיל ויש לטפל בו באמצעות מכסה אדים מוסמך. לבש כפפות, חלוק מעבדה, משקפי מגן או מגן פנים. אסוף תמיסות פסולת במיכלי פסולת כימית מסומנת לצורך השלכה.
  2. הערכת מיקרו-טומוגרפיה ממוחשבת (μCT)
    1. ביצוע סריקת מיקרו-CT על דגימות ירך שנאספו 4 שבועות לאחר ההשתלה עם פרמטרי הסריקה הבאים: פוטנציאל צינור רנטגן, 70 kVp; עוצמת קרני רנטגן, 0.2 mA; פילטר, AL 0.5 מ"מ; זמן אינטגרציה, 1 x 300 מילישניות; וגודל ווקסל, 17 מיקרון.
    2. לבצע שחזור תלת-ממדי באמצעות הסקריפטים המוגדרים מראש המסופקים בתוכנת מכונת μCT. יצירת תמונות חתך של אתר הפגם באמצעות פונקציית ה-reslice של תוכנת עיבוד תמונה ייעודית. עקבו אחרי תהליכי העבודה הסטנדרטיים כפי שמתואר במדריכי התוכנה המתאימים.
  3. צביעה היסטולוגית
    1. דה-אלציפיקציה של הדגימות בטמפרטורה של 4 מעלות צלזיוס באמצעות 12% אתילנדיאמינטרטראאצטית (EDTA) (pH 7.2) למשך 6 שבועות על שייקר.
      הערה: החלף את פתרון ה-EDTA כל יומיים. בדוק את התקדמות הדה-קלסיפיקציה באופן קבוע. הדקלציפיקציה מושלמת כאשר הדגימה גמישה תחת לחץ או עוברת מחט.
      זהירות: יש להיפטר מתמיסות EDTA בהתאם להנחיות מוסדיות לפסולת כימית מימית. חומר ביולוגי מזוהם צריך להיות מטופל כפסולת ביולוגית מסוכנת.
    2. ייבשו את הדגימות בסדרה מדורגת של דילול אתנול ואז הטמיעו אותן בפרפין.
    3. חתכו את הדגימות המשובצות בפרפין לסגיטל לפרוסות בעובי 6 מיקרון.
      הערה: ודא שהחלקים כוללים את הממשק בין החומר המושתל לרקמת המארח.
    4. בצע המטוקסילין-אאוזין (H&E) וצביעת טריכרום של Masson באמצעות ערכות מסחריות זמינות (ראו טבלת חומרים). לבצע את כל ההליכים בהתאם לנהלים הסטנדרטיים של היצרן ללא כל סטייה. צפו בריפוי אתר הפגמים באמצעות היסטופתולוגיה.
      זהירות: יש להשליך תמיסות כתמים וצרכים מזוהמים בהתאם לפרוטוקולי בטיחות ביולוגית מוסדית וטיפול בפסולת מסוכנת.
  4. צביעת אימונופלואורסצנט (IF)
    1. דה-פרפין והידרציה מחדש של 6 חלקי פרפין בעובי מיקרון באמצעות סדרת תמיסות קסילן ואתנול מדורגות.
      אזהרה: קסילן דליק ורעיל. לטפל בקסילן עם קפוצ'ון אדים תוך כדי לבוש כפפות, חלוק מעבדה ומשקפי מגן. אספו ממסי פסולת בנפרד במיכלי פסולת כימית לצורך הטמנה מתאימה.
    2. בצע שליפת אנטיגנים על ידי דגירה של השקופיות בבופר ציטראט (pH 6.0) בטמפרטורה של 95-100 מעלות צלזיוס למשך 15-20 דקות. תן למגלשות להתקרר באופן טבעי לטמפרטורת החדר.
    3. שטפו את החתכים עם מלח מפוזר-פספט (PBS) למשך 5 דקות וטפלו בחתכים ב-0.1% טריטון X-100 ב-PBS למשך 20 דקות כדי להקל על חדירת נוגדנים. לאחר מכן חסמו אתרי קישור לא ספציפיים עם 5% אלבומין סרום בקר (BSA) ב-PBS למשך שעה בטמפרטורת החדר.
      אזהרה: טריטון X-100 הוא מגרה; הידית עם כפפות, חלוק מעבדה ומשקפי בטיחות באזור מאוורר. השליך את תמיסות Triton X-100 כפסולת כימית במיכלים ייעודיים. בכל ההליכים, תמיסות שבאו במגע עם חתכי רקמה, כגון BSA ו-PBS, צריכות להיחשב כפסולת ביולוגית ויש לאסוף ולהיפטר מהן בהתאם לפרוטוקולי בטיחות ביולוגית מוסדיים.
    4. הדגר את החתכים בנוגדנים ראשוניים (רכיב ערוץ יונים רגיש מסוג אנטי-פיזו 1 (Piezo1), מדולל ב-1:200; קולטן אנטי-לפטין (LepR), מדולל ב-1:50) בבופר דילול נוגדנים. מרחו 50 מיקרוליטר של תמיסת נוגדנים מדוללת על כל מקטע ודגרו במשך 12-18 שעות בטמפרטורה של 4 מעלות צלזיוס בחושך בתא לח.
    5. שטפו את השקופיות עם PBS (3 × 5 דקות), ואז דגרו אותן בנוגדנים משניים מצומדים בפלואורופור (מדולל ב-1:200). יש להניח 50 מיקרוליטר של תמיסת נוגדנים מדוללת לכל חלק ולדגור במשך שעתיים בטמפרטורת החדר בחושך בתא לח.
    6. שטוף את השקופיות שוב ב-PBS (3 × 5 דקות), ואז לשטוף גרעיני נגד צבע עם 4',6-דיאמידינו-2-פנילינדול (DAPI) (מדולל ב-1:50) למשך 5 דקות.
    7. התקן את החלקים עם מדיום הרכבה נגד פייד וכסה עם כיסוי.
    8. המחישו וצילמו תמונות באמצעות מיקרוסקופ קונפוקלי סורק לייזר עם הגדרות פילטר מתאימות.

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

תוצאות

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

במחקר זה, מודל הפגם בעצם דיאפיזיאלית חצי-סגמנטלית הוקם בעכברים באמצעות קידוח פגם באורך 4 מ"מ ורדיוס 1.5 מ"מ במרכז הירך, עם בור יהלום דנטלי ספציפי גלילי שטוח (איור 2A). כדי להדגים את יכולת המודל לבדוק את הביצועים המכאניים והביולוגיים של החומרים, קבענו שתי קבוצות השוואה, עם פגמים שהושתלו בהידרוג'לים של GelMA או 3DP-PMMA (איור 3, איור 4 ואיור 5). ההידרוג'ל של GelMA מאופיין...

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

דיון

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

מלבד התכונות המודגשות של אוסטאואינדוקטיביות, אוסטאואינטגרציה ותאימות ביולוגית5, התגובה המכאנית ויכולת נשיאת העומס של תחליפי עצם חשובים לא פחות, במיוחד לתיקון ליקויים בעצמות נושאות משקל22. הערכות קונבנציונליות של ביצועים מכניים מתבססות בדרך כלל על שיטות מבחץ, כגון מכונות בדיקה אוניברסליות, בדיקות דחיסה או ניתוח חוזק מתיחה 23,24,25. למרות שה...

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

גילויים

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

כל הנתונים והתמונות המקוריים כלולים במאמר זה. המחברים מצהירים שאין ניגוד עניינים.

תודות

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

מחקר זה נתמך על ידי קרן המדעים הטבעיים של מחוז סצ'ואן (2025ZNSFSC0754).

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

חומרים

רשימת החומרים שנעשה בהם שימוש במאמר זה
שםחברהמספר קטלוגהערות
תמיסת יודופור 2%צ'נגדו ג'ינשאן ריג'נט כימיקלים בע"מ.אין
פולימתיל מתקרילט מודפס בתלת-ממד (3DP-PMMA)מסופק בנדיבות על ידי הפקולטה למדעי הפולימרים והנדסה, אוניברסיטת סצ'ואןאין
4% פאראפורמלדהידביושארפBL539A
75% אתנולצ'נגדו ג'ינשאן ריג'נט כימיקלים בע"מ.אין
כדורי כותנהקבוצת היישי היינואו,   בע"מ.אין
מקלות כותנהLakong Medical Devices Co., Ltd.אין
פתרון צביעת DAPIBeyotime Cat#C1005
סכין סטרילית חד-פעמיתחברת הנגג'ואו Huawei Medical Supplies בע"מ.20100227
הידרוג'לים ג'לטין מתקרילויל (GelMA)מסופק בנדיבות על ידי הפקולטה למדעי הפולימרים והנדסה, אוניברסיטת סצ'ואןאין
GelMA 20%צ'לינקIKG125000005
עזים נגד עכבר IgG H& L (אלקסה פלואור ו-594)אבקאםab150116
עז אנטי-ארנב IgG H& L (אלקסה פלואור 488)אבקאםab150077
ערכת המטוקסילין וערכת צביעת אאוסיןביושארפC1005
ידית במהירות גבוההפושאן SCS Medical Instrument Co., Ltd.9018499000
מחט השקיהסצ'ואן ניו סנצ'ורי מוצרי פולימר רפואיים בע"מ.אין
מסון' ערכת כתמים משולשתסולרביולוגיהG1340
בדים רפואיים לא ארוגיםהנאן יאדו אינדסטריאל בע"מ;אין
בדים רפואיים לא ארוגיםהנאן יאדו אינדסטריאל בע"מ;אין
טומוגרפיה מיקרו-ממוחשבת (ומיקרו; CT) סקנקו מדיקל AGμ CT 45
מחקה גרסה 20.0 לתמונות חתך (פונקציית reslus)Materializeאין
מחזיקי מחטיםצ'נגדו שיפנג בע"מ.אין
נוגדן קולטני OB-R/לפטין (B-3)סנטה קרוזSC-8391
מערכת סריקת שקופיות שלמות ברמת מחקר של אולימפוס VS200חברת טכנולוגיית הידע צ'נגדו בע"מVS200
מעלית פריוסטילצ'נגדו שיפנג בע"מ.אין
נוגדן PIEZO1נובוסNBP1-78446
תמיסת מלחחברת התרופות סצ'ואן קלון בע"מ.אין
תוכנת ויזואליזציה רפואית של Scanco לשחזור תמונה תלת-ממדית (סקריפטים מוגדרים מראש)סקנקו מדיקל AGאין
בור יהלום דנטלי ספציפי (TF-22/170-021m/845-021m)חברת חומרי השיניים דיאנטונגאין
עכברי ספרג-דולי  בירנס וייל ביוטכנולוגיה בע"מאין
מספריים ישריםצ'נגדו שיפנג בע"מ.אין
ניתוח מוטורימרתוןN3-140232
תפרים כירורגיים (מונופילמנט 4-0)חברת הנגג'ואו Huawei Medical Supplies בע"מ.אין
קליפר ורנייהדליDL91150

מקורות

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Mitchnik, I. Y., et al. Femur fractures and hemorrhagic shock: Implications for point of injury treatment. Injury. 53 (10), 3416-3422 (2022).
  2. Mitchell, S. A. T., Majuta, L. A., Mantyh, P. W. New insights in understanding and treating bone fracture pain. Curr Osteoporos Rep. 16 (4), 325-332 (2018).
  3. Ritchie, R. O. The conflicts between strength and toughness. Nat Mater. 10 (11), 817-822 (2011).
  4. Carson, J. S., Bostrom, M. P. G. Synthetic bone scaffolds and fracture repair. Injury. 38 (1 Suppl ), S33-S37 (2007).
  5. Janicki, P., Schmidmaier, G. What should be the characteristics of the ideal bone graft substitute? Combining scaffolds with growth factors and/or stem cells. Injury. 42, S77-S81 (2011).
  6. Zandi, M., Dehghan, A., Talimkhani, I., Rezaeian, L., Mohammad Gholi Mezerji, N. Histological evaluation of the healing process of autografted mandibular bone defects in rats under treatment with zoledronate. J Cranio Maxillofac Surg. 47 (11), 1779-1786 (2019).
  7. Wu, J., et al. The establishment of calvarial suture-bony composite defects in rats: A standardized model for suture-regenerative therapy investigation. J Vis Exp. (207), e66417(2024).
  8. Chen, Y., Wu, J., Li, F., Ye, L., Wang, H. Creating a box-cavity defect model in the cortical bone of rat femora. J Vis Exp. (201), e66068(2023).
  9. Yu, C., Yu, F., Li, F., Ye, L. The establishment of a murine mandibular molar extraction socket healing model. J Vis Exp. (191), e64855(2023).
  10. Han, L., et al. 3D magnetic nanocomposite scaffolds enhanced the osteogenic capacities of rat bone mesenchymal stem cells in vitro and in a rat calvarial bone defect model by promoting cell adhesion. J Biomed Mater Res A. 109 (9), 1670-1680 (2021).
  11. Han, Z., Bhavsar, M., Leppik, L., Oliveira, K. M. C., Barker, J. H. Histological scoring method to assess bone healing in critical size bone defect models. Tissue Eng Part C Methods. 24 (5), 272-279 (2018).
  12. Gomes, P. S., Fernandes, M. H. Rodent models in bone-related research: the relevance of calvarial defects in the assessment of bone regeneration strategies. Lab Anim. 45 (1), 14-24 (2011).
  13. Tsiklin, I. L., Shabunin, A. V., Kolsanov, A. V., Volova, L. T. In vivo bone tissue engineering strategies: advances and prospects. Polymers. 14 (15), 3222(2022).
  14. Long, S., et al. Architecture mechanics mediated osteogenic progression in bone regeneration of artificial scaffolds. Sci Adv. 11 (29), eadv8804(2025).
  15. Man, K., et al. GelMA hydrogel reinforced with 3D printed PEGT/PBT scaffolds for supporting epigenetically-activated human bone marrow stromal cells for bone repair. J Funct Biomater. 13 (2), 41(2022).
  16. Chen, N. Embedded 3D printing and pressurized thermo-curing of PMMA for medical implants. J Mech Behav Biomed Mater. 146, 106083(2023).
  17. Einhorn, T. A., Gerstenfeld, L. C. Fracture healing: mechanisms and interventions. Nat Rev Rheumatol. 11 (1), 45-54 (2015).
  18. Ikeda, T., et al. Stimulation of osteogenesis in bone defects implanted with biodegradable hydroxyapatite composed of rod-shaped particles under mechanical unloading. Acta Histochem Cytochem. 45 (5), 283-292 (2012).
  19. Du, Y., Xu, B., Li, Q., Peng, C., Yang, K. The role of mechanically sensitive ion channel Piezo1 in bone remodeling. Front Bioeng Biotechnol. 12, 1342149(2024).
  20. Tadge, T., et al. The role of Piezo1 and Piezo2 proteins in tissue engineering: a comprehensive review. Eng Regen. 5 (2), 170-185 (2024).
  21. Prasad, P., Cancelas, J. A. From marrow to bone and fat: exploring the multifaceted roles of Leptin receptor positive bone marrow mesenchymal stromal cells. Cells. 13 (11), 910(2024).
  22. Hart, N. H., et al. Mechanical basis of bone strength: influence of bone material, bone structure and muscle action. J Musculoskelet Neuronal Interact. 17 (3), 114-139 (2017).
  23. Zhong, J., He, D. Combination of universal mechanical testing machine with atomic force microscope for materials research. Sci Rep. 5 (1), 12998(2015).
  24. El Kommos, A., Jackson, A. R., Andreopoulos, F., Travascio, F. Development of improved confined compression testing setups for use in stress relaxation testing of viscoelastic biomaterials. Gels. 10 (5), 329(2024).
  25. Lietaert, K., Cutolo, A., Boey, D., Van Hooreweder, B. Fatigue life of additively manufactured Ti6Al4V scaffolds under tension-tension, tension-compression and compression-compression fatigue load. Sci Rep. 8 (1), 4957(2018).
  26. Bignardi, C., Terzini, M. Novel load systems for in vitro testing of biomaterials and medical devices. Materials. 16 (2), 465(2023).
  27. Teti, A. Bone development: overview of bone cells and signaling. Curr Osteoporos Rep. 9 (4), 264-273 (2011).
  28. McGovern, J. A., Griffin, M., Hutmacher, D. W. Animal models for bone tissue engineering and modelling disease. Dis Model Mech. 11 (4), dmm033084(2018).
  29. Malda, J., et al. 25th anniversary article: engineering hydrogels for biofabrication. Adv Mater. 25 (36), 5011-5028 (2013).
  30. Altmann, B., et al. Promotion of osteoblast differentiation in 3D biomaterial micro-chip arrays comprising fibronectin-coated poly(methyl methacrylate) polycarbonate. Biomaterials. 32 (34), 8947-8956 (2011).
  31. Bastidas-Coral, A. P., et al. Polymethyl methacrylate does not adversely affect the osteogenic potential of human adipose stem cells or primary osteoblasts. J Biomed Mater Res B Appl Biomater. 108 (4), 1536-1545 (2020).
  32. Öztürk, Z., Tosun, B. Comparison of 3D printed and conventional denture base materials in terms of durability and performance characteristics. Sci Rep. 15, 18234(2025).
  33. Wu, J., et al. Transcriptomic and cellular decoding of scaffolds-induced suture mesenchyme regeneration. Int J Oral Sci. 16 (1), 33(2024).
  34. Kan, C., et al. BMP-dependent, injury-induced stem cell niche as a mechanism of heterotopic ossification. Stem Cell Res Ther. 10 (1), 14(2019).
  35. Bao, X., et al. 3D biomimetic artificial bone scaffolds with dual-cytokines spatiotemporal delivery for large weight-bearing bone defect repair. Sci Rep. 7 (1), 7814(2017).

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

הדפסות חוזרות והרשאות

בקש הרשאה לשימוש חוזר בטקסט או באיורים של מאמר JoVE זה

בקש הרשאה

תגיות

Bone Defect ModelLoad Bearing BoneDiaphyseal DefectRat Femur ModelBone Substitute Evaluation3D Printed PMMAGelatin Methacryloyl HydrogelMechanical Performance TestingOsseointegration AssessmentImmunofluorescence Staining

מאמרים קשורים