December 30th, 2025
이 연구는 내고정 또는 외부 고정 없이 하중 지지 조건에서 뼈 대체 재료의 기계적 및 골형성적 성능을 평가하기 위해 쥐 대퇴골 반분절 결손 모델을 구축하였습니다.
우리는 하중을 지탱하는 골 재료의 기계적 및 골형성적 성능을 평가하기 위한 재현 가능한 대퇴골 결손 모델을 구축하는 것을 목표로 합니다. 주요 과제는 현실적인 생체 내 기계적 평가를 위한 표준화된 재현 가능한 하중 부하 부하 결함 모델의 부재입니다. 시작하려면 마취된 쥐를 무균 수술대에 옆으로 누운 자세로 눕히세요.
허벅지 측면을 대퇴골 돌출부와 정렬하여 면도하고, 2% 요오드 팅크로 피부를 소독한 후 75% 에탄올을 사용하세요. 무균을 유지하기 위해 무균 창구형 시트를 사용해 수술 부위를 덮어주세요. 허벅지 측면을 따라 2에서 3센티미터 정도의 세로 피부 절개를 하세요.
대퇴직근과 외측횡근을 식별하고, 가위로 보이는 흰색 근막을 따라 근육을 조심스럽게 분리하세요. 그런 다음 일회용 멸균 메스로 근육 부착부를 따라 세로 절개를 하여 대퇴골 표면에 접근합니다. 골막 엘리베이터를 이용해 둔트 박리를 하여 근육 부착물을 분리하고 대퇴골 중간 간단을 완전히 노출시킵니다.
결함 부위에서 버를 사용해 수직으로 아래로 드릴을 하다가 갑작스러운 저항 감소가 느껴질 때까지 계속합니다. 초기 관통점을 중심으로 통제된 수평 밀-당김 동작을 적용하여 결함을 확대합니다. 결손을 대퇴골 축을 따라 종방향으로, 대퇴골 직경을 따라 측면으로 확장하여 점차 반원통형 결손을 형성합니다.
다음으로, 기계적 성능 시험용으로 설계된 하중을 지탱하는 3D 프린팅 폴리 메틸 또는 PMMA 임플란트를 결함 부위에 삽입하여 밀착되도록 합니다. 그 후 바늘 홀더를 사용해 근육층을 4-0 단섬유 봉합사로 봉합하여 과도한 긴장이 없도록 하세요. 마지막으로, 중단된 봉합으로 피부를 닫고 수술 부위를 2%iota 4 용액으로 소독합니다.
수술 후 4주에 미세 컴퓨터 단층촬영 결과, 젤라틴 메타크릴로일 하이드로겔을 이식한 대퇴골에 오목한 결손 부위와 수질강 내 광범위한 자궁외 골화가 나타났습니다. 반면, 3D 프린팅된 PMMA 그룹의 대퇴골은 정렬된 새로운 뼈가 지지하는 결손 부위와 수질강 내 최소한의 자궁 외 골화를 보인 외부 형태가 복원되었습니다. 헤마톡슬린과 에오신 염색 검사 결과, 젤라틴 메타크릴로일 그룹에 결손 내에 풍부한 섬유 조직이 포함되어 있으며, 어두운 염색 자궁외정골이 수질강을 거의 막고 있으며, 피리오스티드 형성이나 피질 뼈의 연속성은 보이지 않았다.
3D 프린팅된 PMMA 그룹에서는 새로 형성된 뼈가 결손 가장자리의 피질 뼈와 연결된 비계 빈 공간을 채웠고, 골수에서 유의미한 자궁외골화가 없는 연속적인 골막뼈로 덮여 있었다. 면역형광 염색 결과, 재생된 골의 젤라틴 메타크릴로일 그룹에서 피에조 1 양성 및 LepR 양성 세포가 매우 적게 나타났습니다. 반면, 3D 프린팅된 PMMA 그룹은 결손 부위의 새로 형성된 뼈에서 피에조 원 양성 세포와 LepR 양성 세포를 풍부하게 나타냈다.
정량적 분석 결과, PMMA 그룹에서 피에조 1 양성 및 LepR 양성 세포 수가 젤라틴 메타크릴로일 그룹에 비해 유의하게 높았음이 확인되었습니다. 저희 프로토콜은 고정 없이 임플란트를 생체 내 기계적 평가로 가능하게 하여 간단하고 재현 가능한 하중 지지 결함 모델을 제공합니다.
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본 연구는 내부 또는 외부 고정 장치를 사용하지 않고 하중 부하 조건에서 골 대체 재료의 기계적 및 골형성 성능을 평가하기 위해 백서 대퇴골 반분절 결손 모델을 확립하였습니다. 이 프로토콜은 실제 평가를 위한 재현 가능한 모델을 제공하며, 임플란트의 생체 내 기계적 평가를 가능하게 합니다.
Preclinical evaluation of bone substitute materials for orthopedic applications requires models that accurately reflect both biological integration and mechanical load-bearing demands. The half-segmental diaphyseal bone defect model in rats enables direct assessment of implant performance under physiologically relevant mechanical stress, supporting predictive confidence in material selection for long bone reconstruction. This standardized, fixation-free model addresses a critical inflection point in translational biomaterials R&D by enabling robust differentiation of candidate materials' mechanical and osteogenic properties.
This model bridges early discovery and preclinical validation by providing a standardized, load-bearing in vivo assay for bone substitute materials.