Dit protocol beschrijft een osteosynthesetechniek met behulp van een intramedullaire vergrendelingsnagel voor gestandaardiseerde fixatie van femurosteotomieën, die kan worden gebruikt om normale en defecte botgenezing bij muizen te analyseren.
Een abonnement op JoVE is vereist om deze inhoud te bekijken. Log in of start vandaag met uw gratis proefperiode.
Methodenartikel
Een Intramedullaire Locking Nail voor gestandaardiseerde Fixatie van dijbeen osteotomieën to Normal en Defecte Bone Healing Analyseren in Muizen
In dit artikel
Samenvatting
Samenvatting
Botgenezing modellen zijn essentieel voor de ontwikkeling van nieuwe therapeutische strategieën voor klinische fractuurbehandeling. Bovendien worden muismodellen steeds vaker gebruikt in trauma onderzoek. Ze bieden een groot aantal mutante stammen en antilichamen voor de analyse van de moleculaire mechanismen achter de gedifferentieerde proces van botgenezing. Om de biomechanische omgeving controleren, gestandaardiseerd en goed gekarakteriseerde osteosynthese technieken zijn verplicht bij muizen. Hier melden wij op het ontwerp en het gebruik van een mergnagel open femur osteotomie stabiliseren bij muizen. De nagel, gemaakt van medische kwaliteit roestvrij staal, biedt grote axiale en rotationele stijfheid. Het implantaat verder laat de oprichting van gedefinieerde, voortdurende osteotomie-opening afmetingen van 0,00 mm tot 2,00 mm. Intramedullaire vergrendeling nagel stabilisatie van femur osteotomieën met gap afmetingen van 0,00 mm en 0,25 mm resulteren in voldoende bot genezing door endochondrale en intramembraneuze ossification. Stabilisatie van femur osteotomie met een grootte van de opening van de resultaten mm 2,00 in atrofische non-union. Aldus kan de vergrendeling intramedullaire nagel worden gebruikt bij de genezing en niet-genezende modellen. Een verder voordeel van het gebruik van de nagel in vergelijking met andere open botgenezing modellen is de mogelijkheid om adequaat oplossen botvervangers scaffolds en om het proces van ossale integratie bestuderen. Een nadeel van het gebruik van de intramedullaire pen is de meer invasieve chirurgische procedure, inherent aan alle geopende procedures vergelijking met gesloten modellen. Een verder nadeel kan de inductie van wat schade aan de intramedullaire holte inherent zijn aan alle intramedullaire stabilisatietechnieken opzichte extramedullaire procedures stabilisatie.
Inleiding
De biologie van het bot genezen kan worden bestudeerd in vitro met behulp van mobiele en sferoïde culturen, maar het vereist ook in vivo benaderingen met behulp van dierproeven. Terwijl de grote-dierproeven nog steeds een belangrijke rol spelen in preklinische testen, heeft vroeg stadium het testen van producten of hypotheses gewijzigd tijdens de laatste 10 jaar en wordt tegenwoordig vaak uitgevoerd in kleine diermodellen 1. Deze schakelaar werd uitgevoerd om verschillende redenen. Productie en onderhoud van muizen en ratten goedkoper in vergelijking met varkens en schapen. Bovendien, kleine dieren reproductie kortere tijden en kortere normale genezingsproces periodes, die beide de prestaties van grote reeks experimenten chronische vergemakkelijken. Ten slotte de beschikbaarheid van van transgene dieren en specifieke antilichamen maakt de analyse van de moleculaire mechanismen botgenezing. Hoewel de eerder gebruikte osteosynthese technieken grotere diermodellen kan worden vertaald met minimale variat ion van soortgelijke procedures worden gebruikt in de humane of veterinaire klinische patiëntenzorg, de ontwikkeling en toepassing van osteosynthese technieken in de kleine ratten en muizen bleek een uitdaging te zijn.
Het is bekend dat de biomechanische milieu significant beïnvloedt het bot genezingsproces 2. Zoals bekend is uit fractuur genezing bij de mens, verschillen in breuk resultaat stabilisatie in verschillende modi van genezing, met inbegrip van intramembraneuze botvorming na rigide fixatie en endochondrale botvorming na minder rigide fixatie met microbewegingen. Compleet axiale of roterende instabiliteit kan het genezingsproces vertragen of kan leiden tot non-unions 3. Daarom zijn wij van mening dat het noodzakelijk is om geavanceerde implantaat systemen en osteosynthese technieken bij muizen en ratten te ontwikkelen. Op deze manier kan de biomechanische voorwaarden op passende wijze worden gestandaardiseerd, garanderen betrouwbare resultaten bij het analyseren van het genezingsproces.
e_content "> Hoewel een aanzienlijk aantal zeer geavanceerde murine stabilisatie technieken zijn de afgelopen jaren geïntroduceerd, de meest gebruikte techniek is nog steeds eenvoudig intramedullaire pen. Het belangrijkste nadeel van deze techniek is echter het gebrek aan rotatie en axiale stabiliteit 4. voor roterende en axiale stabiliteit te verbeteren, werd een intramedullaire schroef geïntroduceerd femur fracturen bij muizen 5 stabiliseren. echter, de schroeffixatie niet worden gebruikt om bot-defecte healing analyse vanwege de noodzaak voor contact en druk tussen de botfragmenten gelasten roterende stabiliteit te handhaven.De intramedullaire vergrendeling nagel biedt een hogere axiale en roterende stabiliteit in vergelijking met de eenvoudige pen en de intramedullaire schroef 4. Een zeer reproduceerbare femur osteotomie, mogelijk door de gids voor Gigli zagen en het vermogen om gedefinieerde spleet afmetingen maken, maakt de analyse van zowel normale bone genezing en bot-defecte genezing 6. Als gevolg van het inbrengen van in elkaar grijpende pennen, de intramedullaire nagel vergrendeling garandeert een constante omvang gap gedurende het gehele genezingsproces, zelfs tijdens het dragen volle gewicht. Hier melden wij op het ontwerp en de toepassing van de intramedullaire nagel vergrendeling, alsmede over de voor- en nadelen in experimentele studies op de normale en de vertraagde bot genezing.
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Protocol
Alle procedures waren IACUC-goedgekeurd en gevolgd institutionele richtlijnen (Landesamt für Verbraucherschutz, Zentralstelle Amtstierärztlicher Dienst, Saarbrücken, Duitsland). Analgesie en infectiepreventie moet in overleg met de betrokken richtlijnen van het land en de instelling waar de experimenten moeten worden uitgevoerd.
1. Voorbereiding van de implantaten en chirurgische instrumenten
- Selecteer een scalpel (maat 15), kleine voorbereiding scharen, fijne tang, dressing pincet, kleine tangen, 24 gauge (G) en 27 G naalden, een niet-resorbeerbaar hechtdraad 5-0, en een naald houder van de microchirurgische instrument doos .
- Pak de intramedullaire pen, de in elkaar grijpende pennen, speciale verstelinrichting, de Gigli zag de matrijs voor de Gigli zagen, de centreerring boorkop (1 mm diameter), de boorkop (0,3 mm diameter) en de handboor (fig 2, zie Lijst van Materials).
LET OP: De INTRAMedullary spijker (0,8 mm diameter, 15,7 mm lengte) is een intramedullaire nagel vergrendelen van medische kwaliteit roestvrij staal voor retrograde implantatie in het dijbeen. De nagel heeft een proximale schroefdraad (4 mm lengte) en twee openingen voor het inbrengen van de in elkaar grijpende pennen (0,3 mm diameter) axiale en rotationele stabiliteit (Figuur 1). - Maak de implantaten en alle chirurgische instrumenten een desinfecterende oplossing (bijvoorbeeld 96% alcohol) gedurende 5 min of steriliseren (stoomsterilisatie, 130 ° C, 25 min). Na het desinfecteren of steriliseren, plaats de instrumenten op een steriele operatie doek. Plaats de steriele operatie doek direct grenzend aan het kleine operatie dier tafel.
2. Dieren, Anesthesie en analgesie
- Kies de stam, leeftijd en geslacht van de muizen die voor de studie en de kwestie te behandelen.
OPMERKING: Voor deze studie 12- tot 14-weken oude mannelijke CD-1 muizen werden gebruikt. Voor spijker implantation, het ideale lichaamsgewicht van de dieren is 25 - 35 g. - Verdoven de muizen een intraperitoneale injectie van 15 mg / kg xylazine en 75 mg / kg ketamine. Bevestig de verdoving door de teen knijpen. Solliciteer oog smeermiddel voor de ogen van de dieren te beschermen tegen uitdroging tijdens de anesthesie. Na inductie van anesthesie plaats de muis onder een warmtelamp om het lichaam constant te houden.
- Toepassen tramadol-hydrochloride in het drinkwater (2,5 mg / 100 ml) analgesie vanaf dag 1 vóór de operatie tot dag 3 na de operatie.
3. Chirurgische Procedure en Nail Implantatie
- Voor de operatie, scheren de gehele rechter achterpoot en breng een ontharingscrème. Na 5 minuten, verwijder de room en de been met water schoon te maken. Maak de implantaten en alle chirurgische instrumenten een desinfecterende oplossing (bijvoorbeeld 96% alcohol) of steriliseren (stoomsterilisatie, 130 ° C, 25 min).
- Onder aseptische omstandigheden, plaatst u de mouse in rugligging op de kleine operatie dier tafel. Buig de rechterknie om een anterieure benadering van de condylus van de knie. Voer een 5 mm mediaal parapatellaire snede in de rechterknie met de scalpel.
- Til de patella ligament met de fijne pincet en mobiliseren het ligament voorzichtig met de scalpel. Vervolgens verschuift de patella zijdelings de scalpel de intercondylaire inkeping van het dijbeen bloot te leggen.
- Open de intercondylaire inkeping door het boren tot de intramedullaire holte bereikt.
- Start boren met een 45º offset aan het dijbeen as met behulp van de 1 mm centreren boor. langzaam verandert de richting van de boorkop tijdens het boren totdat parallellen het bot as van de femur. Stop boren wanneer de intramedullaire holte wordt bereikt.
- Na het openen van het bot aan de intercondylaire inkeping, plaatst de 24 G naald in het intramedullaire holte over de gehele lengte van het dijbeen. Ream de Intramedullary holte van het dijbeen handmatig door middel van roterende bewegingen van de 24 G naald. Verwijder de 24 G naald en steek de dunnere 27 G naald in de intramedullaire holte. Duw de naald uit naar het corticale bot van het dijbeen perforeren proximaal op de trochanter major.
- Verwijder de 27 G naald uit het dijbeen. Met de handboormachine Implanteer de intramedullaire spijker door de fossa intercondylaris onder continue rotatie en axiale druk totdat het distale uiteinde van de nagel het niveau van de condyli bereikt.
Opmerking: Het distale uiteinde van de nagel kan worden geïdentificeerd met een kleine markering. - Plaats de muis in het linker laterale positie. Voer een longitudinale incisie met de scalpel langs de diafyse deel van de laterale dijbeen van het kniegewricht naar het heupgewricht om chirurgisch bloot de ellepijp van het dijbeen.
- Met behulp van kleine bereiding schaar, split de fascia en verdeel de spieren in de richting van het dijbeen as van de zijkant.Spreid de spieren tot diafyse deel van de femur wordt blootgesteld. Behoud de heupzenuw.
- Bereid de gehele omtrek van het dijbeen door het ondermijnen van het bot met de dressing pincet. Dan trekken de spieren door het verspreiden van de dressing pincet en bloot het dijbeen.
- Monteer de verstelinrichting aan het distale uiteinde van de nagel. Advance het apparaat tot hij hecht aan de adapter flens van de nagel en draai het richten apparaat anterolaterale positie om het dijbeen.
- Grijpen de nagel met een proximale en een distale in elkaar grijpende pin.
- Begin met de proximale in elkaar grijpende pin.
- Steek het centreren boorkop (1 mm diameter) in de hand boor. Verzink het bot aan het proximale in elkaar grijpende gat positie.
OPMERKING: verzinken, is een kleine holte die in de tegenover corticaal bot zonder boren door het bot. Deze holte zorgt voor extra centrering en geleiding van de dunnere boorkop (0,3 mm diameter),later gebruikt. - Steek de boor (0,3 mm diameter) in de hand boor. Met behulp van de als doel apparaat, boor het gat door zowel de facing en de afgewend corticale bot (bicortical). Plaats de eerste in elkaar grijpende pen door het richten apparaat. De in elkaar grijpende pin aandrijfas scharen uit zodra de in elkaar grijpende koppel wordt bereikt.
- Herhaal deze procedure voor de distale in elkaar grijpende pin.
- Voer de diafysaire osteotomie.
- Bevestig de zaaggeleider de verstelinrichting aan de zijkant tussen de twee in elkaar grijpende pennen. Vervolgens zag het bot met de Gigli zag onder continue irrigatie met een zoutoplossing. Nadat de osteotomie voltooid, snijden de zaag aan één uiteinde nabij het bot. Verwijder de zaag voorzichtig voorkoming van schade aan het zachte weefsel.
- Verwijder het apparaat gericht en, met de kleine tang, clip de resterende as van de intramedullaire nagel op de gemarkeerde lijn.
- Sluit de spierlagen van de latmene site van het dijbeen en het uitvoeren van de sluiting huid met enkele hechtingen. Op de voorste plaats van de knie, de positie van de patella en bevestig de patella pezen van de spieren met een enkele hechtdraad. Gebruik enkele hechtingen om deze wond te sluiten ook.
- Houd de dieren onder de warmtelamp totdat ze herstellen van anesthesie. Niet de dieren onbeheerd achter tot ze voldoende bewustzijn hebben herwonnen om ventrale decubitus te handhaven. Zet de dieren één kooien in de dieren faciliteit.
- Controleer de dieren elke dag nauwkeurig. Handhaaf postoperatieve pijnstilling tijdens de eerste drie dagen. Verder analgesie als op dag 4 na de operatie nog dieren tekenen van pijn vertonen, zoals aangegeven door vocalisatie, rusteloosheid, gebrek aan mobiliteit, niet verzorgen, abnormale houding, en gebrek aan interesse in normale omgeving. Beëindig analgesie wanneer de dieren pijnvrij.
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Resultaten
De totale tijd voor de operatie was ongeveer 30 minuten van de huid incisie sluiting gewikkeld. Met de chirurgische implantaten ontvangen, kan chirurgie worden uitgevoerd zonder stereomicroscoop. Operatie werden de dieren dagelijks bewaakt. Postoperatieve analgesie werd beëindigd na 3 dagen omdat geen van de dieren toonde tekenen van pijn (vocalisatie, rusteloosheid, gebrek aan mobiliteit, niet verzorgen, abnormale houding, of gebrek aan normale belangstelling omgeving) na deze periode. ...
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Discussie
De meest kritische stappen van de chirurgische techniek zijn de juiste positionering van de nagel, de verstelinrichting en de pennen. De nagel moet volledig worden ingebracht om de gemarkeerde streepje aan het distale uiteinde van de nagel, omdat een uitstulping van de spijker in het kniegewricht ter hoogte van de condyli de beweging van de knie (figuur 3A) kan beperken. Daarom is de grootte van het bovenbeen en daarmee het lichaamsgewicht van de dieren worden onderzocht. De chirurg moet ook bijzondere ...
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Openbaarmakingen
Romano Matthys is een medewerker van RISystem AG, Davos, Zwitserland, dat de implantaten en implantaatspecifieke instrumenten produceert. De andere auteurs hebben geen belangenconflicten.
Dankbetuigingen
Dit werk werd ondersteund door RISystem AG, Davos, Zwitserland.
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Materialen
| Naam | Bedrijf | Catalogusnummer | Opmerkingen |
|---|---|---|---|
| MouseNail | RISystem AG | 221,122 | |
| MouseNail aiming device | RISystem AG | 221,201 | |
| MouseNail interlocking pin | RISystem AG | 221,121 | |
| Centering bit | RISystem AG | 592,205 | |
| Drill bit | RISystem AG | 590,200 | |
| Gigli wire saw | RISystem AG | 590,100 | |
| Suture (5-0 Prolene) | Ethicon | 8614H | |
| Forceps | Braun Aesculap AG &CoKG | BD520R | |
| Dressing forceps | Braun Aesculap AG &CoKG | BJ009R | |
| Scissors | Braun Aesculap AG &CoKG | BC100R | |
| Needle holder | Braun Aesculap AG &CoKG | BM024R | |
| 24 G needle | BD Mircolance 3 | 304100 | |
| 27 G needle | Braun Melsungen AG | 9186182 | |
| Scalpel blade size 15 | Braun Aesculap AG &CoKG | 16600525 | |
| Pincers | Knipex | 7932125 | |
| Heat radiator | Sanitas | 605.25 | |
| Depilatory cream | Asid bonz GmbH | NDXZ10 | |
| Eye lubricant | Bayer Vital GmbH | 2182442 | |
| Xylazine | Bayer Vital GmbH | 1320422 | |
| Ketamine | Serumwerke Bernburg | 7005294 | |
| Tramadol | Grünenthal GmbH | 2256241 | |
| Disinfection solution (SoftaseptN) | Braun Melsungen AG | 8505018 | |
| CD-1 mice | Charles River | 22 |
Referenties
- Histing, T., et al. Small animal bone healing models: standards, tips, and pitfalls results of a consensus meeting. Bone. 49 (4), 591-599 (2011).
- Claes, L., Augat, P., Suger, G., Wilke, H. J. Influence of size and stability of the osteotomy gap on the success of fracture healing. J Orthop Res. 15 (4), 577-584 (1997).
- Histing, T., et al. Characterization of the healing process in non-stabilized and stabilized femur fractures in mice. Arch Orthop Trauma Surg. 136 (2), 203-211 (2016).
- Histing, T., et al. Ex vivo analysis of rotational stiffness of different osteosynthesis techniques in mouse femur fracture. J Orthop Res. 27 (9), 1152-1156 (2009).
- Holstein, J. H., et al. Development of a stable closed femoral fracture model in mice. J Surg Res. 153 (1), 71-75 (2009).
- Garcia, P., et al. The LockingMouseNail-a new implant for standardized stable osteosynthesis in mice. J Surg Res. 169 (2), 220-226 (2011).
- Cheung, K. M., Kaluarachi, K., Andrew, G., Lu, W., Chan, D., Cheah, K. S. An externally fixed femoral fracture model for mice. J Orthop Res. 21 (4), 685-690 (2003).
- Garcia, P., et al. A new technique for internal fixation of femoral fractures in mice: impact of stability on fracture healing. J Biomech. 41 (8), 1689-1696 (2008).
- Histing, T., et al. An internal locking plate to study intramembranous bone healing in a mouse femur fracture model. J Orthop Res. 28 (3), 397-402 (2010).
- Thompson, Z., Miclau, T., Hu, D., Helms, J. A. A model for intramembranous ossification during fracture healing. J Orthop Res. 20 (5), 1091-1098 (2002).
- Hiltunen, A., Vuorio, E., Aro, H. T. A standardized experimental fracture in the mouse tibia. J Orthop Res. 11 (2), 305-312 (1993).
- Manigrasso, M. B., O'Connor, J. P. Characterization of a closed femur fracture model in mice. J Orthop Trauma. 18 (10), 687-695 (2004).
- Lovati, A. B., et al. Diabetic mouse model of orthopaedic implant-related Staphylococcus aureus infection. PLoS One. 8 (6), e67628(2013).
- Slade Shantz, J. A., Yu, Y. Y., Andres, W., Miclau, T. 3rd, Marcucio, R. Modulation of macrophage activity during fracture repair has differential effects in young adult and elderly mice. J Orthop Trauma. 28, 10-14 (2014).
- Claes, L. E., et al. Effects of mechanical factors on the fracture healing process. Clin Orthop Relat Res. 355 (Suppl), 132-147 (1998).
- Gröngröft, I., et al. Fixation compliance in a mouse osteotomy model induces two different processes of bone healing but does not lead to delayed union. J Biomech. 18 (13), 2089-2096 (2009).
- Glatt, V., Matthys, R. Adjustable stiffness, external fixator for the rat femur osteotomy and segmental bone defect models. J Vis Exp. (9), e51558(2014).
- Manassero, M., et al. A novel murine femoral segmental critical-sized defect model stabilized by plate osteosynthesis for bone tissue engineering purposes. Tissue Eng Part C Methods. 19 (4), 271-280 (2013).
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Herprints en machtigingen
