マウスモデルは骨組織工学にとって非常に貴重なツールですが、長骨欠損のモデルはまばらです。この必要性は、4 本のネジと専用の治具を備えたロッキング プレートを使用して、再現性のある大腿骨の臨界サイズの欠陥を低罹患率で実行および安定させる現在のプロトコルの開発を動機付けました。
マウスモデルは骨組織工学にとって非常に貴重なツールですが、長骨欠損のモデルはまばらです。この必要性は、4 本のネジと専用の治具を備えたロッキング プレートを使用して、再現性のある大腿骨の臨界サイズの欠陥を低罹患率で実行および安定させる現在のプロトコルの開発を動機付けました。
組織工学的な骨コンストラクトの使用は、大規模な骨欠損の治療のための自家移植片の欠点を克服する魅力的な戦略です。モデル生物として、マウスはすでに骨関連の研究に広く利用されています。しかし、マウスの大きな骨幹欠損モデルはまばらであり、骨髄腔を埋める骨固定を使用することが多く、最適な機械的安定性を提供しません。現在の研究の目的は、ヌードマウスに臨界サイズの分節性大腿骨欠損を発症することでした。3.5mmの中部骨幹大腿骨骨骨切除術(大腿骨長の約25%)を専用治具を用いて行い、前方に位置するロッキングプレートと4本のロッキングスクリューで安定化させた。その後、骨欠損は空のままにするか、骨代用品(シンジェニック骨移植片またはサンゴ礁足場)で埋められました。骨の治癒は、X 線撮影と in vivo マイクロ コンピューティング トモグラフィーを使用して非侵襲的に監視され、その後、術後 10 週間の動物犠牲後に ex vivo マイクロ コンピューティング トモグラフィーと脱灰されていない組織型によって評価されました。すべてのマウスの回復は良好で、外科的処置後1日以内に全体重負荷が観察されました。さらに、安定した骨固定と移植された材料の一貫した固定は、研究全体でテストされたすべての動物で達成されました。骨欠損を空のままにすると、一貫して非癒合が得られました。対照的に、骨欠損が同生性骨移植片で満たされている場合、骨癒合は常に観察されました。骨欠損を珊瑚礁の足場で埋めると、骨切除縁と足場の間の界面、および足場内の短い距離内に新たに形成された骨が観察されました。
現在のモデルは、マウスのプレート骨接合によって安定化された再現可能な臨界サイズの大腿骨欠損を説明しています。新しい荷重を支える分節骨欠損モデルは、整形外科の応用に関連する骨再生の根底にあるメカニズムを研究するのに役立つ可能性があります。
大規模な骨幹骨欠損は、整形外科医にとって大きな挑戦です。現在、ゴールド標準治療として考慮自家骨移植と骨の交換は、限られた供給であり、収穫関連の罹患率と関連しています。これらの理由から、骨伝導足場と骨髄間葉系幹細胞を結合組織工学骨の構築物は、整形外科手術における自家移植のための代替として検討されています。
以下のような(これまでに、研究のほとんどは、イヌ、ブタやヒツジ1-3のような臨床的に関連する動物モデルで行われているが、小動物モデルにおいて同所、分節、重要なサイズの骨欠損におけるこれらの構築物の予備的評価マウス)は、いくつかの利点を有することができる:(I)低コスト、(ii)は、動物の多数を操作することができます。 (iii)の大型動物モデルとは対照的に、マウス系統の均一性は、足場吸収Aの個々の変動を制限しますND骨形成と、 (iv)の最も重要なのは、特異的抗体および遺伝子標的動物の可用性は、骨の治癒に関与する生物学的プロセスの評価を可能にします。最後になりましたが、マウスの免疫不全株の使用はまた、マウスにおいて有害な免疫応答せずにグラフトまたはヒト由来の細胞のいずれかを用いた研究を可能にします。
上記の利点にもかかわらず、マウスでの大規模な骨幹骨欠損モデルは疎です。このようなモデルの大部分は(従って、試験される材料の量を制限する)骨髄腔を満たす髄内ピンが骨固定を使用しても、回転と軸方向の安定性2,4-7を提供しないことにより、再現性を妨げます。
現在の研究の目的は、(i)正確で再現性のロッキングプレートosteosynthによって安定化され、再現性、重要なサイズ、分節、マウスでの大腿骨欠陥モデルを記述するために、臨床骨癒合の状況を模倣しています安定性の高い生体力学的環境8-10を提供ESIS。 (II)は、2つの潜在的な代用骨を有する本モデルを説明するために骨形成がそれを使用することができる分析について説明します。
倫理に関する声明:本研究で使用したマウスは、「実験動物の管理と利用」のための欧州委員会(指令63分の2010 / EUと欧州条約ETS 123)によって公表ガイドラインに従って処理しました。実験プロトコルは、医学Lariboisièreサン・ルイの教員の倫理委員会(CEEA LV / 2010-01-04)によって承認されました。
1.動物
2.足場の準備
3.麻酔手続きと鎮痛
4.外科的手順:大腿骨部分欠損モデル11,12
骨再生のインビボアセスメント5.
骨再生の6 エクスビボアセスメント
前述の外科的処置は、45から60分まで続きました。骨切除や骨接合は、外科医の助手の助けを借りなく、任意の拡大システムを使用せずに実行することが容易でした。術中合併症は起こりませんでした。 18マウス11上の予備研究では、術後のX線写真は、骨欠損の長さ(3.43±0.12ミリメートル)と(抑圧関節腔とプレートの先端部との間の距離= 2.65±0.56ミリメートル)板位置決めが再現性があったという証拠を提供しました。
麻酔関連の死亡率は約5%でした。
操作肢の機能回復は、全ての動物において優れていたし、フル体重負荷は、手術の翌日(アニメーション図1)以内に観察されました。骨接合(プレートとネジ)の重量は、pで使用しました再送の研究では、マウスの体重の約0.1%でした。いいえ術後合併症( 例えば、創傷感染、インプラント失敗、骨移植片の移行など )が発生していません。 cagematesに起因するいかなる自己傷害または損傷は発生しませんでした。
外科的に誘導された骨欠損を空のままにした場合には、有意な骨形成が一貫性の骨非組合と認められませんでした。欠陥が同系移植片又はサンゴ骨格のいずれかを満たした場合は対照的に、近位および遠位骨端から延びる新たに形成された骨が観察されました。骨形成は、同系移植片(図8)で処置したほとんどの欠陥が骨の連続性の再確立を許可一方また、これはこの物質が充填された欠陥にサンゴ骨格の内部に観察されました。実際には、何の骨が骨の端から1ミリメートルよりも大きな距離で観察されませんでした。すべての組織における軟骨の不在は、の証拠を提供し、結果を分析します達成骨接合の安定性(図9、図10)。
X線写真およびマイクロCTは、骨癒合は10週間移植後、欠陥左空のグループの任意の動物では発生しなかったことを提供された証拠を分析します。マイクロCTによって評価鉱化組織の容積は0.8±0.3ミリメートル3だったと新たに形成された骨の代表的なものであった分析します。同系移植片とサンゴ骨格のグループに、骨癒合がそれぞれ4,4匹の動物で得られました。マイクロCTによって評価鉱化組織の容積は4.4±0.9ミリメートル3だったと分析します 8.9±0.7ミリメートル3。同系移植サンゴ骨格の両方がミネラルが含まれているため、これらのグループでは、しかし、新しい骨の形成は、残りの移植材料(同系移植片またはサンゴ足場)から真に区別することができませんでした。ボン組合の速度と同系移植群から得られた鉱化組織の容積の両方とサンゴ骨格群より有意に欠陥左空のグループから得られたものよりも(P <0.001)高かったです。

図1:大腿部分欠損の創造のための外科的露出 15から17ミリ縦皮膚切開、後膝関節に股関節から延びるが、大腿骨の前外側面の上に作られました。 大腿筋膜を切開しました。 外側広筋と上腕二頭筋は、大腿骨骨幹の全長を露出するように分割した大腿 。 この図の拡大版をご覧になるにはこちらをクリックしてください。

図2: プレートポジショニングと近位ネジの配置。プレートは、前方大腿骨側に塗布しました。プレートの最も近位の穴を開けました。第1のねじがロックされ、その後、挿入した。 この図の拡大版をご覧になるにはこちらをクリックしてください。

図3:遠位ネジの配置プレートの最も遠位の穴が開けたとネジが挿入され、ロックされていました。 (組織工学パートC、2013、19(4)、271-280からの許可を得て転載) この図の拡大版をご覧になるにはこちらをクリックしてください。

図4: ジーリはポジショニングを見た。他の二つの外側のネジが挿入されますがロックされていないと0.22ミリメートルジーリのこぎりのワイヤは内外方向の配向で骨の周りに密接に結ばれたされた。 この図の拡大版をご覧になるにはこちらをクリックしてください。

図5: ジグ位置決め治具は、2つの最後のネジのステムに挿入され、プレート上に適用し、ソーのワイヤはその後、治具のスロットに挿入しました。 (組織工学パートC、2013、19(4)、271-280からの許可を得て転載) この図の拡大版をご覧になるにはこちらをクリックしてください。
図6:骨切除骨切除を実施し、ジリソーは取り下げられました。 (組織工学パートC、2013、19(4)、271-280からの許可を得て転載) この図の拡大版をご覧になるにはこちらをクリックしてください。

図7:インナーネジロックジグを除去し、最後の二つのネジがロックされていました。分節欠陥は、空のままにしたり、試験材料を充填したどちらか。 (組織工学パートC、2013、19(4)、271-280からの許可を得て転載) この図の拡大版をご覧になるにはこちらをクリックしてください。
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図8: 代表術後X線写真およびマウスの大腿骨の矢状μCT復興それぞれの欠陥と大腿骨のいずれか左(AE)空の、または大規模な同系骨移植片(FJ)を充填した、または大規模なミドリイシサンゴ骨格で満たされた(KO。 );直ちに手術(A、F、K)、手術後4週目(B、G、L)、手術後6週目(C、H、M)、および術後10週間(D、E、I、J、Nの後、O)(プレートの長さ= 10 mm)です。 (組織工学パートC、2013、19(4)、271-280からの許可を得て転載) この図の拡大版をご覧になるにはこちらをクリックしてください。
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。図9:代表X線写真、本研究でテストされたサンゴ骨格で満たされた欠損のμCT復興組織学 、新たに形成された骨が大量に周囲の骨のエッジとサンゴ骨格の間に、観察されました。対照的に、少し骨が足場内部に存在していました。汚れ:Stevenel青とフォン・ギーソンpicrofuchsin。これらの条件下では、骨細胞、およびサンゴは、それぞれ、赤、青、茶色に染色しました。スケールバー=500μmの。 ACS = ミドリイシサンゴ足場; BN =骨。 (組織工学パートC、2013、19(4)、271-280からの許可を得て転載) この図の拡大版をご覧になるにはこちらをクリックしてください。

図10:Repre欠陥左のsentative組織学空空のままに欠陥では(A)、大規模な同系骨移植片(B)で満たされ、コーラル足場(C)を充填した。、髄管充填と深い豊富な線維組織と骨のエッジの丸め欠陥に観察されました。大規模な同系骨移植片を充填した欠陥は、骨の連続性は、移植片と周囲の骨の縁の間に観察されました。骨髄は、元の空洞全体に存在していました。サンゴ骨格で満たされた欠損では、新たに形成された骨が周囲の骨の縁とサンゴ骨格の間で観察されたが、少し骨が足場内部に存在していました。汚れ:Stevenel青とフォン・ギーソンpicrofuchsin。これらの条件下では、骨細胞、およびサンゴは、それぞれ、赤、青、茶色に染色しました。スケールバー= 500ミリメートル。 ACS、サンゴ足場; BN、骨; BM、骨髄; FT、線維組織が。(組織工学パートC、2013、19(4)、271-280からの許可を得て転載します)OAD / 52940 / 52940fig10large.jpg "ターゲット=" _空白 ">この図の拡大版をご覧になるにはこちらをクリックしてください。

アニメーション/ビデオ図1:マウス1日の術後の歩行の代表的なビデオ。全体重負荷が観察された。 このビデオを見るにはこちらをクリックしてください。
マウスにおける整形外科関連材料及びデバイスの異所性移植は、一般に、様々な足場13,14の容量が骨形成を評価するために行われます。重要な違いは、しかし、ネイティブの骨形成のシグナル伝達因子およびホスト骨形成細胞とのパラクリン相互作用を含む異所性および同所性モデル、間に存在します。
本研究は、再現性のネズミ大きなセグメントを確立し、重要なサイズの大腿骨欠陥(3.5ミリメートル、大腿骨の長さの20〜25%)。このような欠陥の大きさや、得られたプレート骨接合により提供される安定性を考慮すると、このモデルは、臨床的に遭遇萎縮性骨非組合を模倣します。
本研究で選択した術後の期間、8〜12週間4,9,15,16の後、充分な治癒の欠如を示す、先に述べた非組合モデルマウスに沿ったものです。
最も重要なのは、reproducibleと安定した骨接合術だけでなく、移植骨代替物の安定性は、ロッキングプレートと骨切除を実行するための治具の両方を使用してかなりの罹患率と死亡率1,2せずに得られました。この結果はまた、創外固定器または髄内釘のいずれかを4,5,17-24使用されたときに報告された結果を対比しています。創外固定器のための潜在的な短所は次のとおりです。剛性の変動、ピントラクトの感染症、ピンの緩みは、ピンと材料の重量(マウスの体重の4〜20%)に起因する負傷を電位。髄内釘のための潜在的な短所は次のとおりです。ネイルや関節面の医原性損傷と骨髄腔の充填を。
他のネズミ分節、プレート骨接合することによって安定化の重要なサイズの大腿骨欠陥がバリで作成された骨欠損して説明し、1.5〜2 mmの長さ16,25に至るまでされています。目でE現在のモデル、治具やソーワイヤーの使用はかなりの筋肉の外傷のない正確な3.5ミリメートル長骨切除を可能にしました。
しかし、一つは考慮いくつかの重要なポイントを取るべき手順を実行するのに成功します(8週間の下で25グラムまたは歳未満の体重のいずれかでのヌードマウス)小さなマウスを使用しないでくださいそれ以外の板が長すぎるすべきです。大腿骨に接近すると、遠位尾側坐骨神経や関節包の両方を維持するために注意してください。大腿骨の前方側のプレートを適用し、プレートの位置合わせは、この第1のねじの用途によって決定されているので、この第1のねじを挿入する際に大腿骨にプレートを平行に配置するために注意してください。
骨切除を行う前に、筋肉の外傷を避けるために骨幹の中央に大腿骨の円形切開を行うように注意してください。骨切除を行う場合には、外科医のアシスタントがしっかりとガイドとシュールを保持する必要がありますGEONは、一定の安定したテンションをかけながら(ii)の線の真ん中の三分の二を使用すること、および(iii)ストレート骨カットを得るために、過剰な動きを避けるために、(ⅰ)ソーワイヤーをもつれないように注意する必要があります。
本モデルは、骨移植片が使用されて設けられた骨の治癒が可能です。また、このモデルは、ヒト由来の移植片または細胞のいずれかは、よく標準化され、大規模な、分節、骨欠損で使用されている骨代替戦略に関与するメカニズムのさらなる研究を可能にします。
また、改良及び整形外科関連研究における動物の使用の減少を必要とする現在の傾向に沿って、このモデルは、生物発光などのインビボイメージング技術と組み合わせて使用することができます。このような非侵襲性の技術は、動物の犠牲26を必要とせずに両方の移植細胞の生存および組織の治癒を監視可能にします。
現在のモデルの主な制限は両方とも耐荷重条件、彼らは完全にヒトでの臨床的に遭遇するものを模倣していないため、作成した骨欠損のボリューム。モデルの他の制限は、(i)ex vivoで μCT分析の前にプレートの除去を必要とする場合があり、縦方向の放射線検査結果の解釈を複雑にする可能性があるプレートの放射線不透過性とは、(ii)はできないことは、プレートの剛性を調節するためにしています骨形成27-30における主要な機械的パラメータであってもよいです。
骨同系移植片、または(特に炭酸カルシウム)のミネラル成分を含む他の足場のいずれかを使用した場合、新たに形成された骨密度は、部分的に重なっているため一つは、いくつかのバイアスがマイクロCT解析のセグメンテーションプロセスに導入されていること、また、心に留めておく必要があります同系移植片の密度や足場の密度のいずれか。骨体積は、マイクロCT解析によって得られる。このような理由から、主に石灰化した組織(新しく形成された骨の量を反映プラス代用骨)11,26,31。
著者は、彼らが競合する金融利害関係を持たないことを宣言します。
著者は、原稿の彼女の貴重なコメントをレナBiziosに感謝したいです。
| 名前 | 会社 | カタログ番号 | コメント |
|---|---|---|---|
| α-MEM , Minimum Essential Medium Eagle | Sigma-Aldrich, France | M4526 | 500 ml |
| Acropora sp. coral exoskeleton cubes, Biocoral® | Biocoral®、Inoteb、フランス | x 3 x 3 mmキューブ、オートクレーブ(121°;C for 20 min) 滅菌 | |
| ブプレノルフィン、ブプレケア® | アクシエンス、パンタン、フランス | 0.3 mg / ml | |
| キシラジン、ロンプン® 2% | バイエルヘルスケア、ピュトー、フランス | 20 mg / ml | |
| ケタミン、ケタミン500® | Virbac、Carros、フランス | 50 mg / ml | |
| イソフルラン、Forène® | Abbott, Arcueil, France | ||
| Enrofloxacine, Baytril® 5% | Bayer HealthCare, Puteaux, France | 50 mg/ml | |
| Pentobarbital, Dolethal® | Vétoquinol, Lure, France | 182.2 mg/ml | |
| 麻酔ボックス | Ugo Basile, Gemonio, Italy | 7900/10 | |
| プラスチック製の透明な滅菌ドレープ, BusterOpCover 30 x 45 cm | Buster, Coveto, Montagu, France | 613867 | |
| 10% ポビドンヨウ素, Vété食事®ソリューション | Vétoquinol, Lure, France | 100 mg/ml | |
| Titanium micro- locking plate, MouseFix Plate XL | RISystem AG, Davos, Switzerland, http://www.risystem.com/ | RIS.401.120 | 6穴、長さ10mm、幅1.5mm、オートクレーブ(121°;C for 20 min) 滅菌または低温滅菌 (エチレンオキシド) |
| 0.3 mm ドリルビット、ドリルビット 0.30 mm | RISystem AG、ダボス、スイス、http://www.risystem.com/ | RIS.592.200 | オートクレーブ (121 °C for 20 min) 滅菌または低温滅菌 (エチレンオキシド) |
| エンジン出力 | RISystem AG, ダボス, スイス, http://www.risystem.com/ | AccuPen | 低温滅菌 (エチレンオキシド) |
| スクリュードライバー, Handrill | RISystem AG, ダボス, スイス, http://www.risystem.com/ | RIS.390.130 | オートクレーブ (121 °C for 20 min) 滅菌または低温滅菌 (エチレンオキシド) |
| セルフタッピング固定ネジ、MouseFix Screw 2 mm | RISystem AG、ダボス、スイス、http://www.risystem.com/ | RIS.401.100 | 2 mm長、外径0.47 mm、コア径0.34 mm、オートクレーブ(121 °C for 20 min) 滅菌または低温滅菌 (エチレンオキシド) |
| 治具、MouseFix XL ドリルおよび鋸ガイド | RISystem AG、ダボス、スイス、http://www.risystem.com/ | RIS.301.103 | スロット間 3.5 mm、オートクレーブ (121 °C for 20 min) 滅菌または低温滅菌 (エチレンオキシド) |
| 0.22-mm Gigli saws (0.22 mm Saws) | RISystem AG, Davos, Switzerland | ||
| 5.0 glycomer 631, Biosyn | Covidien, Véトキノール、ルアー、フランス | タッパーカット針 | |
| 4.0グリコマー631、Biosyn | Covidien、Vétoquinol, Lure, France | Tapper-cut needle | |
| X-ray, MX20 | Faxitron X-ray Corp, Edimex, Le Plessis Grammorie | ||
| In vivo high-resolution micro-computed tomography, Skyscan 1176 | Skyscan, Aartselaar, Belgium | ||
| Ex vivo high-resolution microcomputed tomography, Skyscan 1172 | Skyscan, Aartselaar, Belgium | ||
| 常駐ソフトウェア:Nrecon(v1.6.9)/ Ctan(v.1.14.4) | Skyscan、Aartselaar、ベルギー |