שבר מכשיר עיצוב ואופטימיזציה פרוטוקול עבור שברים סגורים מיוצב מכרסמים
14 באוגוסט 2018
המטרה של הפרוטוקול היא לייעל את הפרמטרים דור שבר להניב שברים עקבית. פרוטוקול זה חשבונות עבור הווריאציות גודל העצם, מורפולוגיה שעשויים להתקיים בין בעלי חיים. בנוסף, מתוארת מנגנון שבר חסכונית, מתכוונן.
שיטה זו יכולה לעזור לענות על שאלות מפתח בתחום הביולוגיה של העצם, כגון אילו התערבויות מקדמות ריפוי שברים. היתרון העיקרי של טכניקה זו הוא שהיא מספקת שיטה פשוטה לגזור פרמטרים ליצירת שברים עקביים. כדי לאתר את האזור לשבר, השג צילומי רנטגן של עצם הירך או השוקה לשבר במדגם מייצג של חמישה בעלי חיים שהומתו.
תמונות השוקה מוצגות כאן. סמן את המיקום הרצוי של השבר בצילום הרנטגן של הגפה המיועדת להישבר. מדוד מהמפרק הטיביאלי הקלקנאלי עד לרמת השבר המסומן.
חשב את אורך השבר הממוצע עבור כל דגימות הניסוי. במכשיר השבר המתכוונן, מדוד את המרחק מהמשטח החיצוני של סדן תמיכה אחד למרכז פגיעת הגיליוטינה. הפחיתו את מרכז השפעת הגיליוטינה מאורך השבר כדי לחשב את עומק הג'יג של מיקום השבר, או JD. הדפסת מכונה או תלת מימד תעלה בצורת U עם גובה ורוחב שווים לסדן ועומק שווה ל- JD. מקם את הדגימה במנגנון השבר במצב נוטה לשברים בעצם הירך, או במצב שכיבה לשברים בשוקה.
לחץ על גב כף הרגל כנגד קצה ג'יג מיקום השבר. לחץ ידנית על הגיליוטינה עד שהגפה נשברת. השג צילום רנטגן של הגפה השבורה כדי לאשר את גודל הג'יג ומיקום השבר.
כדי לקבוע את אורך הסיכה, מדוד את אורך הגפה מרמת השוק ועד לגובה ה-malleolus האחורי לשברים בשוקה. כדי לקבוע את רוחב הסיכה, מדוד את הקוטר המדולרי המינימלי בגפה השבורה. בחר מחט עם מד שווה ערך לקוטר המדולרי ואורך של יותר מפי 1.5 מאורך הסיכה.
גודל סיכה משוער עבור עכבר שישה שחור C57 בן 14 שבועות הוא 27 מד, 1 ורבע אינץ', ו-22 מד, 1.5 אינץ' עבור השוקה ועצם הירך, בהתאמה. מכונה או הדפסת תלת מימד מד באורך השווה לאורך הסיכה פחות אורך המחט. בקצה אחד צריך להיות תלייה שתנוח על רכזת המחט והשני צריך לציין היכן יש לחתוך את הסיכה.
השתמש בקוצץ חשמלי או בקרם אפילציה כדי להסיר שיער מהרגליים של דגימות ניסוי שאינן שברים מאמצע השוקה לאמצע עצם הירך, תוך חשיפת מפרק הברך. כדי להצמיד את השוקה, הכנס את המחט מלעורית, לרוחב רצועת הפיקה. משוך את רצועת הפיקה באופן מדיאלי ויישר את קצה המחט לציר השוקה.
בעזרת תנועת קידוח, פרצו בעדינות את מישור השוק והנחו את המחט במורד החלל המדולרי. לאחר מכן, השתמש במד ובחבילה עד שהמחט החשופה שווה לאורך המד. משוך את המחט כשלושה מילימטרים, כדי לספק מספיק מקום לחתוך את המחט ברמה המצוינת על ידי המד.
לחץ 3 מילימטרים מהקצה הדיסטלי של הסיכה בעזרת חותך סיכות, ואז חתוך את הסיכה בגובה המד. סנכרן את הסיכה למשטח המפרקי באמצעות מוט בקוטר גדול פי 1.5 מקוטר המחט. השג צילומי רנטגן כדי לאשר שהמחט מאריכה את אורך התעלה המדולרית של הגפה ואינה בולטת מהקצה הפרוקסימלי או הדיסטלי.
כדי לקבוע את עומק הפגיעה, מדוד את קוטר קליפת המוח ברמת השבר הרצוי בצילום הרנטגן. מקם דגימת ניסוי מוצמדת במכשיר השבר באמצעות ג'יג מיקום השבר. הנח את איל הפגיעה על הגפה הלא פגועה.
אל תאפשר לאיל ליפול. העצם צריכה להישאר שלמה במהלך שלב אופטימיזציה זה. הפעל מספיק כוח כלפי מטה על האיל כדי לדחוס רקמות רכות, אך לא לשבור את העצם.
התאם את עומק הפגיעה לקוטר קליפת המוח פי 75 כדי לקחת בחשבון את הרקמה הרכה. הגדר את גובה הטיפה לשני סנטימטרים. מקם את האיל במצב ההתחלה שלו על ידי חיבורו לאלקטרומגנט המופעל.
מקם איבר ניסוי במנגנון השבר. לחץ על גב כף הרגל כנגד ג'יג מיקום השבר. לחץ לחיצה קצרה על מתג כף הרגל כדי לשחרר את האיל ולאחר מכן אפס אותו למצב ההתחלה שלו.
צילום רנטגן של איבר הניסוי הפגוע ובדוק אם יש עדות לשבר. זה יכול להיות עדין בעת שימוש במהירויות נמוכות עם עומק פגיעה מבוקר. אם לא נוצר שבר, הגדל את גובה הטיפה בשני סנטימטרים.
אם נוצר שבר, רשום את גובה הטיפה והכפל אותו ב-1.1. זהו גובה הטיפה החדש. השתמש בגובה הטיפה החדש כדי לשבור את איבר הניסוי הבא.
המשך בהליך עד שכל דגימות הניסוי נשברות. רשום את גובה הטיפה הסופי ואת כל הפרמטרים מהאופטימיזציה. רשום את הגיל, המין, הגנוטיפ והמשקל של דגימת הניסוי.
שימוש במכשיר שבר מתכוונן ופרמטרים אופטימליים שיפר משמעותית את יצירת השברים הרוחביים הפשוטים. קבוצת האופטימיזציה המוקדמת יצרה שבר רוחבי פשוט רק ב-27 מתוך 58 דגימות, או 46.55% מהמקרים. ואילו קבוצת הפוסט-אופטימיזציה הציגה שברים רוחביים פשוטים ב-98.28% מהמקרים.
לאחר פיתוחה, טכניקה זו הגדילה את הקפדנות ואת יכולת השחזור של מודלים של בעלי חיים במחקרי יצירת שברים. לאחר ההליך, ניתן להשתמש בטכניקות אחרות, כגון מיקרו-CT והיסטולוגיה כדי לענות על שאלות מורפולוגיה נוספות של שבר.
צפו בתמליל המלא וקבלו גישה לאלפי סרטונים מדעיים
סקירה כללית
פרוטוקול זה נועד לייעל את הפרמטרים של יצירת שברים לקבלת תוצאות עקביות תוך התחשבות בשונות בגודל ובמורפולוגיה של העצם בבעלי חיים. הוא מתאר מכשיר שבירה חסכוני וניתן להתאמה.
מרכיבים מרכזיים של המחקר
תחום המדע
- ביולוגיית עצם
- ריפוי שברים
- ביומכניקה
רקע
- הבנת ריפוי שברים היא קריטית בביולוגיית עצם.
- שונות במבנה העצם יכולה להשפיע על תוצאות השברים.
- שיטות קיימות עשויות להיות חסרות עקביות ביצירת שברים.
- נדרשות פתרונות חסכוניים ליישומי מחקר.
מטרת המחקר
- ליסוד פרמטרים אמינים ליצירת שברים.
- לשפר את ההבנה של התערבויות המקדמות ריפוי שברים.
- לספק שיטה פשוטה לחוקרים.
שיטות ששימשו
- להשיג צילומי רנטגן של הירך או השוקה מבעלי חיים משותקים.
- לסמן את מיקום השבר הרצוי על הצילום.
- למדוד מהמפרק הקלציאני הטיביאלי לרמת השבר המסומנת.
- להשתמש במכשיר שבירה ניתן להתאמה לקבלת עקביות.
תוצאות עיקריות
- השיטה מניבה שברים עקביים על פני מורפולוגיות עצם שונות.
- הכוונה רדיוגרפית משפרת את הדיוק במיקום השבר.
- מכשיר ניתן להתאמה מאפשר גמישות בעיצוב ניסוי.
- מספק בסיס למחקר עתידי על התערבויות לריפוי שברים.
מסקנות
- הפרוטוקול פותר בהצלחה את השונות בשברים בעצם.
- הוא מציע גישה אמינה לחוקרים בביולוגיית עצם.
- מחקרים עתידיים יכולים לבסס את השיטה הזו כדי לחקור תהליכי ריפוי.
שאלות נפוצות
Executive Industry Relevance
Inconsistent fracture models in rodent studies increase resource waste and reduce data reliability in bone healing research. This protocol optimizes fracture generation parameters per sample, improving reproducibility and enabling more rigorous preclinical evaluation of therapeutics. Enhanced consistency supports better go/no-go decisions in fracture repair target validation and lead identification.
Strategic Applications in Biopharma R&D
Early Discovery & Target Validation
- Scientific Value: Enables precise interrogation of therapeutic hypotheses by reducing fracture heterogeneity in animal models.
- Operational Value: Increases success rate of simple transverse fractures from 46.55% to 98.28%, minimizing wasted animals and resources.
- Predictive Confidence: Supports reliable assessment of interventions that promote fracture healing through standardized trauma induction.
Screening & Assay Development
- Assay Readiness: Provides a reproducible method to generate stabilized fractures for downstream compound or device screening.
- Quantitative Outputs: Uses radiographic measurements and drop height parameters to ensure consistent trauma delivery across samples.
- Platform Scalability: Adjustable apparatus design allows adaptation across rodent strains and species, supporting cross-study reproducibility.
Translational & Preclinical Research
- Disease-Relevant System: Generates closed-stabilized fractures that mimic clinical trauma, enabling mechanistic studies of healing pathways.
- Translational Continuity: Optimized parameters allow seamless transition from discovery to histology and micro-CT analysis of fracture morphology.
- Mechanistic De-risking: Reduces biological variability, improving confidence in target engagement and pathway modulation data.
Pipeline & Workflow Integration
The method fits within the discovery continuum from hypothesis testing to preclinical validation, supporting iterative refinement of fracture healing interventions.
- Discovery Biology: Supports hypothesis testing by providing consistent trauma models to evaluate genetic, pharmacological, or mechanical interventions.
- Screening: Enables standardized fracture induction for assay-based evaluation of therapeutics or biomaterials.
- Analytics: Generates quantifiable outputs (drop height, fracture positioning jig depth) for comparative analysis across experimental groups.
- Translational Research: Facilitates continuity to histological and micro-CT assessment of callus formation and bone remodeling.
- Enterprise Reuse: Adjustable fracture apparatus and parameter optimization protocol serve as a reusable platform across projects and sites.
Operational & Enterprise Impact
- Scientific Value: Predictive confidence in target validation through reduced fracture pattern variability.
- Operational Value: Standardization and reproducibility of fracture induction across laboratories and strains.
- Strategic Value: Improved capital efficiency by reducing animal use and increasing data quality per study.
- Portfolio Impact: Enables risk-adjusted advancement decisions in fracture repair programs based on reliable preclinical data.
Implementation Considerations
- Expertise in rodent handling, radiographic imaging, and basic machining or 3D printing for apparatus fabrication.
- Access to X-ray imaging equipment for pre- and post-fracture localization and validation.
- Standardization of measurement protocols (bone length, cortical diameter) across users and sites.
- Adaptation considerations for different rodent species (mouse vs. rat) based on bone morphology.
- Practical limitation: Initial optimization requires five euthanized animals per strain to derive sample-specific parameters.
Biopharma FAQs
Chapters in this video
0:04
Title
0:27
Fracture Location
0:59
Fracture-Positioning Jig
1:56
Stabilization of the Pin Parameters
2:51
Intramedullary Pin Fracture Stabilization
4:10
Impact Depth
4:51
Impact Velocity
6:01
Results: Pre- and Post-Optimization of Fracture Generation
6:34
Conclusion
