Modello di difetto osseo diafisario semi-segmentale nei ratti per la valutazione delle prestazioni di sostituto osseo nelle regioni portanti

Miriamo a stabilire un modello riproducibile di difetti femorali per valutare le prestazioni meccaniche e osteogeniche dei materiali ossei portanti. La principale sfida è la mancanza di un modello standardizzato e riproducibile di difetti portanti per una valutazione meccanica realistica in vivo. Per cominciare, posizionare il ratto anestetizzato in posizione laterale adagiata su un banco chirurgico sterile.

Radere l'area laterale della coscia allineata con la proiezione del femore e disinfettare la pelle usando tintura di iodio al 2%, seguita da etanolo al 75%. Drapea il sito chirurgico usando un lenzuolo sterile fenestrato per mantenere l'asepsi. Fai un'incisione cutanea longitudinale di due o tre centimetri lungo il lato laterale della coscia.

Identifica i muscoli retto femorale e vasto laterale e usa una forbice dritta per separare con cura i muscoli lungo la fascia bianca visibile. Poi, con un bisturi sterile usa e getta, fai un'incisione longitudinale lungo gli attacchi muscolari per accedere alla superficie femorale. Eseguire una dissezione contusiva utilizzando un elevatore periostale per staccare gli attacchi muscolari ed esporre completamente la diafisi media del femore.

Forare verticalmente verso il basso nel sito del difetto usando la broma finché non si percepisce una perdita improvvisa di resistenza. Ingrandire il difetto applicando movimenti orizzontali controllati di spinta-trazione centrati attorno al punto iniziale di penetrazione. Estendere il difetto longitudinalmente lungo l'asse femorale e lateralmente lungo il diametro femorale per formare gradualmente un difetto semi-cilindrico.

Successivamente, inserire l'impianto polimetilo o PMMA stampato in 3D con carico e destinato ai test meccanici delle prestazioni nel sito del difetto, assicurando una calzata aderente. Poi, usando un portaago, sutura gli strati muscolari con suture monofilamenti 4-0, assicurandosi che non ci sia una tensione eccessiva. Infine, chiudi la pelle con punti interrotti e disinfetta il sito chirurgico usando una soluzione 2%iota 4.

A quattro settimane dall'intervento, la microtomografia computerizzata ha mostrato che i femori impiantati con gelatina metacriloilile idrogel presentavano aree di difetti concave e un'estesa ossificazione ectopica all'interno della cavità midollare. Al contrario, i femori nel gruppo PMMA stampato in 3D hanno mostrato una morfologia esterna restaurata con l'area difettosa sostenuta da nuovo osso allineato e una minima ossificazione ectopica nella cavità midollare. La colorazione di ematoxlina ed eosina ha rivelato che il gruppo metacriloile della gelatina conteneva abbondante tessuto fibroso all'interno del difetto, con osso ectopico con colorazione scura che quasi occludeva la cavità midollare e nessuna formazione periostale visibile o continuità ossea corticale.

Nel gruppo PMMA stampato in 3D, l'osso appena formato riempiva il vuoto impalcaturato collegato con l'osso corticale ai bordi del difetto ed era coperto da osso periosteale continuo senza ossificazione ectopica significativa nel midollo. La colorazione immunofluorescenza ha mostrato pochissime cellule positive a Piezo1 e LepR positive nell'osso rigenerato nel gruppo gelatina metacriloile. Al contrario, il gruppo PMMA stampato in 3D ha mostrato numerose cellule Piezo-positive e cellule LepR positive nell'osso appena formato nel sito del difetto.

L'analisi quantitativa ha confermato che sia il numero di cellule positive a Piezo1 che a LepR positivo erano significativamente più alti nel gruppo PMMA rispetto al gruppo gelatina metacriloile. Il nostro protocollo consente la valutazione meccanica in vivo degli impianti senza fissazione, offrendo un modello di difetto portante semplice e riproducibile.