Method Article

Semiautomated longitudinale Microcomputed tomografie gebaseerde kwantitatieve structurele analyse van een naakt-Rat Vertebrale fractuur osteoporose-gerelateerde Model

DOI:

10.3791/55928

⸱

September 28th, 2017

 ,  ,  ,  ,  , 
1Skeletal Biotech Laboratory, Hebrew University-Hadassah Faculty of Dental Medicine, 2Department of Surgery, Cedars-Sinai Medical Center, 3Board of Governors Regenerative Medicine Institute, Cedars-Sinai Medical Center, 4Biomedical Imaging Research Institute, Cedars-Sinai Medical Center, 5Department of Orthopedics, Cedars-Sinai Medical Center

In This Article

Summary

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Het doel van dit protocol is het genereren van een naakte rat Vertebrale compressie osteoporose bedrijfsgerelateerde fractuur model dat kan worden beoordeeld op overlangs in vivo met behulp van een semiautomated microcomputed tomografie gebaseerde kwantitatieve structurele analyse.

Abstract

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Osteoporose-gerelateerde Vertebrale compressie fracturen (OVCFs) zijn een gemeenschappelijk en klinisch onvervulde behoefte met toenemende prevalentie als de wereld bevolking vergrijst. Diermodellen OVCF zijn essentieel voor de preklinische ontwikkeling van translationeel weefsel engineering strategieën. Terwijl een aantal modellen bestaat, beschrijft dit protocol een geoptimaliseerde methode om meerdere zeer reproduceerbaar Vertebrale gebreken in een enkele naakt-rat. Een roman longitudinale semiautomated microcomputed tomografie (µCT)-gebaseerde kwantitatieve structurele analyse van de wervel gebreken is ook gedetailleerd. Ratten werden kort beeld op meerdere tijd punten post-op. De dag 1 scan werd omgevormd naar een standaard positie, en een standaard volume van belang was gedefinieerd. Latere µCT scans van elk rat werden automatisch geregistreerd voor de dag 1 scan dus hetzelfde volume van belang was vervolgens geanalyseerd om te beoordelen voor nieuwe biomineralisatie. Deze veelzijdige aanpak kan worden aangepast aan een verscheidenheid van andere modellen waar longitudinale imaging gebaseerde analyse zouden kunnen van nauwkeurige 3D semiautomated uitlijning profiteren. Samen genomen, beschrijft dit protocol een gemakkelijk meetbare en gemakkelijk reproduceerbaar systeem voor onderzoek van de osteoporose en bot. Het voorgestelde protocol duurt 4 maanden voor het opwekken van osteoporose in naakt ovariectomized ratten en tussen 2.7 en 4 h te genereren, beeld, en analyseren van twee Vertebrale gebreken, afhankelijk van de grootte van het weefsel en apparatuur.

Introduction

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Meer dan 200 miljoen mensen wereldwijd lijden aan osteoporose1. De onderliggende pathologische afname Botmineraaldichtheid (BMD) en gewijzigde bot-microarchitectuur verhogen bot kwetsbaarheid en, bijgevolg, het relatieve risico van breuk2. Osteoporose is zo veel phishingtrucs en schadelijk voor de gezondheid dat de WHO een belangrijke openbare gezondheids-zorg heeft gedefinieerd. Bovendien, als de wereldbevolking naar verwachting aan leeftijd, osteoporose naar verwachting zelfs meer gemeengoed geworden.

Osteoporotisch Vertebrale compressie fracturen zijn de meest voorkomende onstabiele fracturen, geschat op meer dan 750.000 per jaar in de VS. Ze worden geassocieerd met significante morbiditeit en zo veel als een negen-maal hogere sterfte3. Klinische testen momenteel beschikbaar chirurgische ingrepen, zoals vertebroplasty en kyphoplasty, bleken te zijn niet effectiever dan een schijnvertoning behandeling4,5, verlaten alleen pijnbeheersing beschikbaar voor deze patiënten. Aangezien huidige behandelingen van de OVCF beperkt zijn, is het noodzakelijk om een dierlijk model dat de stoornis6,7,8kunt repliceren. Dergelijke dierlijke modellen kunnen vergemakkelijken zowel het onderzoek naar de huidige behandelingsmethoden en de ontwikkeling van nieuwe therapieën die in de klinische praktijk vertalen zal. Osteoporose is geïnduceerde en aanhoudend in model dieren door de administratie van een lage-calcium dieet (LCD) in combinatie met ovariotomie1,9,10,11, 12 , 13 , 14 , 15. om het model verder het botverlies gekoppeld aan OVCFs, Vertebrale bot gebreken werden opgericht in osteoporotisch immunocompetent ratten 16,17,18,19, 20,21,22,23,24. In dit werk, wordt een model van de wervel defect van immuungecompromitteerde ratten met gemodelleerde osteoporose weergegeven. Dit nieuwe model kan worden gebruikt ter beoordeling van cel-gebaseerde therapieën stamcellen afkomstig uit verschillende bronnen en soorten voor de reparatie van uitdagende fracturen, zoals OVCFs.

Bot imaging is een cruciaal onderdeel van de evaluatie van fracturen en ziekten van het bot. Geavanceerde beeldvormende methoden zijn ontwikkeld voor de nauwkeurige beoordeling van het bot van de structurele veranderingen en regeneratie strategieën25. Onder hen, heeft µCT imaging ontpopt als een niet-invasieve, easy-to-use en goedkope methode waarmee high-resolution 3D-beelden. µCT imaging heeft diverse voordelen ten opzichte van andere modaliteiten bij de evaluatie van osteoporose-patiënten, want het biedt hoge resolutie 3D bone microarchitectuur26 dat vervolgens kwantitatief geanalyseerd kunnen worden. De laatste kan vervolgens worden gebruikt om te vergelijken de therapeutische effecten van de voorgestelde behandelingen. Inderdaad, in vivo µCT imaging is een gouden standaard voor Vertebrale defect regeneratie toezicht van1,16,27. Echter, enkele publicaties28,29,30,31 geautomatiseerde registratie hulpmiddelen tot een minimum beperken van de gebruiker-afhankelijkheid, interpolatie bias en precisie fout van µCT hebt gebruikt Imaging-gebaseerde analyse. Onlangs waren wij de eerste met een registratieprocedure te verbeteren van de analyse van bot regeneratie in een gestandaardiseerde bone void, zoals uiteengezet in dit protocol32 .

De hier beschreven methode kan worden gebruikt voor het bestuderen van het effect van nieuwe celtherapieën voor OVCFs, ongehinderd door host T-cel-respons die XENOGENECELLEN of allogene cellen kunnen verwerpen. Osteoporose wordt bij jonge ratten door middel van ovariotomie (OVX) en 4 maanden voor een LCD veroorzaakt. De jonge leeftijd van de OVX rats, gecombineerd met de LCD toegestaan, ons te bereiken van een piek van de lage botmassa, het nabootsen van postmenopauzale osteoporose door leiden tot onomkeerbare botverlies. Dit kan worden verklaard ten dele door het feit dat tijdens het LCD-scherm en bij ongeveer 3 maanden oud, de overgang van de ratten van het bot modellering te remodelleren fase in het lumbale wervels33, waardoor de kans op behoud van de osteoporose over tijd. Met behulp van jonge dieren maakt dit model rendabeler, aangezien ze minder kosten. Echter, het wordt beperkt door inherent niet boekhouding voor de biologische veranderingen in het dier veroudering.

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Protocol

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

alle dierproeven werden uitgevoerd onder een protocol dat is goedgekeurd door de institutionele Animal Care en gebruik Comité (IACUC) van Cedars-Sinai Medical Center (Protocol # 3609). Anesthesie werd toegediend voor alle beeldvorming en chirurgische procedures. Alle dieren zijn gehuisvest overeenkomstig erkende IACUC protocollen.

Opmerking: de proefopzet van dit protocol is afgebeeld in Figuur 1. Koop zes weken oude ratten met hun eierstokken operatief verwijderd en voeden hen een LCD 0,01% calcium en 0.77% fosfaat uit. Na een periode van 4 maanden van een LCD, boor een kritische omvang Vertebrale defect in de vierde en vijfde lumbale wervel lichamen (L4-L5). Beeld na de chirurgie, de ratten op dag 1 en weken 2, 4, 8 en 12 na oprichting van het defect. Zoek defect marges op de dag 1 scan, heroriënteren naar een standaard positie en het definiëren van een cilindrische volume van belang (VOI). De scans van latere µCT (dat wil zeggen, voor weken 2, 4, 8 en 12) van elke rat naar de standaard positie gedefinieerd voor de desbetreffende dag 1 scan automatisch kunnen registreren. Breng de dag 1 vooraf VOI tot de geregistreerde scans gedefinieerde. Beoordelen van de botdichtheid volume en de schijnbare dichtheid van de VOIs.

1. inductie van osteoporose

  1. 4 maanden van een LCD 0,01% calcium en 0.77% fosfaat uit te zetten in de zes weken oude athymic ovariectomized ratten.
  2. Schakelaar terug aan een normaal dieet.
    Opmerking: Deze ratten zal worden verwezen als " osteoporotisch ratten " hierna.

2. Vertebrale Defect Model

Opmerking: de timing is 40-50 min per dier.

  1. Autoclaaf alle chirurgische instrumenten voorafgaand aan chirurgie.
  2. In het geval van veelvoudige chirurgie, steriliseren alle chirurgische gereedschappen.
    1. Wassen van de hulpprogramma's en plaats ze in een bad van ultrasoonapparaat voor 5 min. plaatst u ze in een hete kraal sterilisator ingesteld op 250 ° C gedurende 20 s. toestaan de hulpmiddelen om af te koelen gedurende 5 minuten
  3. Induce anesthesie.
    1. Place de osteoporotisch rat in de zaal inductie gekoppeld aan een verdoving machine met een centraal opruiming systeem. Anesthesie 5% Isofluraan met 100% zuurstof induceren en onderhouden via neus op 2-3% Isofluraan. Gebruik maken van dierenarts zalf op de ogen om te voorkomen dat droogte terwijl onder verdoving.
    2. Toepassing een teen-snuifje stimulans om voldoende vlak van anesthesie. Als geen antwoord wordt opgemerkt, leidt zij de procedure.
  4. Plaats van de narcose rat in dorsale lighouding op een verwarming pad (37 ° C) en rekken van de ledematen met behulp van een magnetische fixatiemiddel retractie systeem ( figuur 2A).
    Opmerking: De temperatuur van de verwarming pad is belangrijk voor de preventie van hypothermie, omdat een narcose rat is niet in staat om de lichaamstemperatuur te regelen.
  5. Scheren de buikstreek met behulp van een elektrisch scheerapparaat. Swab het met jodium gebaseerde antiseptische en chloorhexidine gluconaat 0,5% gevolgd door 70% ethanol.
  6. Injecteren de rat met carprofen (5 mg/kg lichaamsgewicht (BW), subcutaan (SQ)) voordat u begint met de chirurgische ingreep.
  7. Gebruik een steriel scalpel te snijden van de huid. Beginnen de incisie 1 cm onder de xiphoid process en snijden door de middellijn (~ 5-8 cm) ( figuur 2B).
  8. Chirurgische schaar gebruik te maken van een insnijding van de aponeurosis door middel van de linea alba voor toegang tot de buikholte ( figuur 2C).
  9. Bloot van de buikholte met behulp van oprolmechanismen ( figuur 2D).
  10. Afbuigen de ingewanden tot en met het recht van de rat op het blootstellen van de abdominale aorta en de linker nier ( figuur 2E). Palperen van de lumbale wervelkolom alvorens te worden blootgesteld. Voorkom uitdroging, steriele doorweekt gauzes met steriele zoutoplossing gebruiken om te laten teruglopen van de inwendige organen.
  11. Gebruik thermocautery bloot in lagen de anterior aspect van lumbale wervel lichamen L4-5 en hen te isoleren van de omliggende bindweefsel en spieren ( figuur 2F -G).
    Opmerking: Thermocautery moet worden gebruikt om controle bloeden tijdens de dissectie.
  12. Gebruiken een steriel katoenen doekje verzadigd met steriele zoutoplossing om bloed en resterende weefsel van de wervels L4. Een steriele Trephine boor bur (~ 2 mm diameter) gebruiken om te boren van een defect van de 5 mm diep bot in het midden van de blootgestelde anterior aspect van de wervel lichaam (figuur 2 H-ik).
    Let op: Aanvragen minimale druk om te boren via alleen de ventrale cortex en de onderliggende trabecular been; Vermijd boren door de dorsale cortex. Merk op dat de wervels van osteoporotisch ratten zeer kwetsbaar zijn. Gebruik een wattenstaafje te reinigen van het defect en toepassen van druk om te stoppen met bloeden, indien aanwezig.
  13. Herhaal stap 2.11 op de L5-wervel maken een totaal van 2 defecten per rat ( figuur 2J).
  14. De darmen terug te keren naar de buikholte.
  15. Gebruiken een vicryl synthetische absorbeerbare chirurgische hechtdraad (3-0 vicryl ongekleurd 27 " SH taper) in een continue patroon aan het suture van de aponeurosis ( Figuur 2 K).
  16. Sluit de huid met behulp van een 4-0 monofilamenten nylon niet-absorbeerbare Sutuur (geologie) in een eenvoudige onderbroken patroon ( Figuur 2 L).
  17. Toepassing 100 µL van actuele huid lijm op de top van de huid hechtingen en ertussen om de volledige stopzetting van de huid.
  18. De rat injecteren met warm (37 ° C) lactated Bel ' s oplossing (1CC/100 g BW, SQ) om te voorkomen hypothermie en uitdroging.
  19. De rat injecteren met buprenorfine (0,5 mg/kg BW, SQ) voorafgaand aan de operatie en elke 8-12 h voor verlichting van postoperatieve pijn desgewenst.
  20. Laat niet het dier zonder toezicht totdat het voldoende bewustzijn te handhaven sternale lighouding heeft herwonnen. Ook, niet de terugkeer van een dier dat heeft ondergaan chirurgie aan het gezelschap van andere dieren tot het volledig is hersteld.
  21. Nadat het dier heeft hersteld op de verwarming pad, terug te sturen naar zijn kooi.
    Opmerking: De ratten individueel huis (dat wil zeggen, in aparte kooien) ter voorkoming van rat-naar-rat verminking van de hechtingen en wond.
  22. Chow geweekt in water in een petrischaal op de vloer van de kooi voor een paar dagen postoperatieve om te helpen de rats bereiken van het voedsel plaats.
  23. Beheren van carprofen (5 mg/kg BW, SQ) 24u na chirurgie voor verlichting van de pijn elke 24 h desgewenst.
  24. Verwijderen van de hechtingen van de huid, terwijl het dier onder 2 is % Isofluraan verdoving 10-14 dagen post operatie.

3. MicroCT scannen

Opmerking: de timing is 30-40 min per dier.

  1. Op de dag na de chirurgische ingreep, plaatst u de osteoporotisch rat in de zaal van de inductie vast met de machine van een verdoving met een centraal opruiming systeem verbonden. Anesthesie 5% Isofluraan met 100% zuurstof induceren en onderhouden via neus op 2-3% Isofluraan.
  2. Scan de rat met behulp van een in vivo µCT scanner. Herhaal scannen voor de longitudinale analyse van bot regeneratie.
    Opmerking: Zorg ervoor dat alle dieren met dezelfde instellingen (dat wil zeggen, X-ray energie, medium, intensiteit, voxel grootte en afbeeldingsresolutie van de scannen) worden gescand en in een similao de oriëntatie. Bijvoorbeeld: X-ray energie, 55 kVP; huidige, 145 µA; Voxel grootte, 35 µm; stappen, 115 µm; en integratie tijd, 200 ms; met de monsters in PBS. Verwijzen naar Bouxtein et al. 34 voor verdere uitleg en overwegingen die betrokken zijn bij knaagdieren µCT scannen voor een beoordeling van de microstructuur van het bot. Ideaal, de hoogste scanresolutie beschikbaar zou worden gebruikt voor alle scans; echter vereist langere overname keer hogere resolutie scans, grote datasets te genereren, en de dieren meer ioniserende straling worden blootgesteld. Deze kunnen ongewenste effecten, met inbegrip van verminderde fractuur genezing invoeren. Daarom moet de afweging tussen aanvullende gegevens en scannen tijd zorgvuldig worden overwogen.

4. Vertebrale scheiding

Opmerking: de timing is 20-30 min per monster.

  1. Contour de wervel van belang, zoals aangetoond in figuur 3A-I. Zorg ervoor dat alle delen van de wervel terwijl met uitzondering van delen die deel uitmaken van aangrenzende wervels.
    1. Klik op " µCT evaluatie programma " en selecteer het monster in het menu.
    2. Contour elk segment met de muis.
    3. Gebruik het " Z " bar te gaan naar het volgende segment.
  2. De voorgevormde wervel als een afzonderlijk bestand opslaan ( figuur 3J -K) door te klikken op " bestand " → " GOBJ opslaan " om de paar plakjes.

5. definitie van de VOI voor longitudinale kwantitatieve evaluatie

Opmerking: de volgende stappen zijn afhankelijk van over de vraag of de scan vanaf dag 1 na de operatie (referentie wervel) of vanaf de daaropvolgende tijd punten ( target wervels).

  1. Referentie wervel.
    Nota: De timing is 20-30 min per monster.
    1. Voor Z-rotatie, het meten van de hoek van de marges met behulp van een XY-delige vanuit het midden van het defect ( figuur 4A -B).
      1. Op het Z-vlak, gaat u naar het gebied van de wervel waar het gebrek de meeste duidelijke en scherm vangen is de wervel.
      2. In een presentatie-software, bereiden een rechthoek-vormige object dat in het defect past.
      3. Draaien van het beeld van de wervel, zodanig dat het defect naar boven gekeerd zijde en de marges defect zijn parallel aan de zijden van de rechthoek.
      4. Meten van de hoek van de rotatie (Klik met de rechtermuisknop op de afbeelding → " afbeelding opmaken " → " grootte ").
      5. Gebruik de gemeten hoek om te draaien van de wervel ( figuur 4C).
        1. Opent een nieuw venster van de DECterm (" Session manager " → " toepassingen " → " DECterm ").
        2. Uitvoeren " ipl ":
        3. Ipl > turn3d
        4. -input [in] >
        5. -uitgang [out] >
        6. -turnaxis_angles [0.000 90.000 90.000] > 90 90 0
        7. -turnangle [0.000] > gemeten hoek
        8. -img_interpol_option [1] >
    2. Voor X-rotatie, het meten van de hoek van de marges met behulp van een YZ-delige vanuit het midden van het defect ( Figuur 4 d -E). Gebruik de gemeten hoek om te draaien van de wervel ( figuur 4F).
      1. Klik op " YZ " in " uCT evaluatie programma " en herhaal stappen 5.1.1.1-5.1.1.5.2.
      2. Ipl > isq
      3. -aim_name [in] >
      4. -isq_filename [default_file_name] > de dossierfolder van ISQ invoegen (bijvoorbeeld " DK0: [MICROCT. GEGEVENS. GAZIT. MAXIM.80.DAY1]Z2102970. ISQ ")
      5. -pos [0 0 0] >
      6. -dim [-1-1 -1] >
    3. de gedraaide wervel Flip door het veranderen van de XY-oppervlakte aan de ZX-oppervlakte.
      1. Opent een nieuw venster van de DECterm (" Session manager " → " toepassingen " → " DECterm ").
      2. Uitvoeren " ipl ":
      3. Ipl > spiegelen
      4. -input [in] > uit
      5. -input [out] > out2
      6. -new_xydir [yz] > zx
    4. De VOI definiëren.
      1. Trekken een circulaire contour van het defect met behulp van een segment van het centrum van het gebrek door de circulaire contour pictogram in te selecteren " uCT evaluatie programma " ( figuur 6A). Kopie die contour en plak deze op alle segmenten in het defect ( figuur 6B).
        Opmerking: Aangezien alle gebreken zijn gemaakt volgens dezelfde procedure, analyseren hetzelfde aantal segmenten en vervolgens het totale volume (TV) voor alle monsters.
  2. Doel wervel.
    Nota: De timing is 10-20 min per monster.
    1. Belasting de DICOM-bestanden van zowel het doel als de wervels van de verwijzing naar het hoofdvenster van de software van de analyse van de afbeelding.
      Opmerking: Om te voorkomen, grijswaarden waardeveranderingen definiëren hetzelfde uitvoer gegevenstype als de oorspronkelijke DICOM-bestanden in het menu laden.
    2. Register bij de naslaginformatie over de wervel.
      1. Lancering de " 3D-Voxel registratie " module en de inbreng van de wervel referentie als de " Base Volume " en de wervel doel als de " Match Volume. " Klik op " registreren " te registreren van de wervels ( Figuur 5).
    3. Slaan de geregistreerde bestand met dezelfde gegevens typt en importeren in een µCT omgeving.
    4. Toepassing de VOI.
      1. Toepassen de VOI gedefinieerd voor de wervel van de verwijzing naar de geregistreerde doelgroep wervel door te klikken op " uCT evaluatie programma " → " bestand " → " last GOBJ " en het selecteren van de GOBJ eerder gemaakt. Controleer of de VOI en gebrek concentrische zijn.

6. MicroCT analyse

Opmerking: de timing is 10-20 min per monster.

  1. Verzenden de VOI voor evaluatie met behulp van een µCT evaluatie programma ( Figuur 6).
    Opmerking: Zorg ervoor dat u dezelfde parameters bij het analyseren van alle VOIs. Zorg ervoor dat de drempel ligt hoog genoeg om het weglaten van de achtergrondruis met minimaal verlies van bot. Als een radiopaak biomaterial wordt gebruikt, kan een aantal strategieën worden gebruikt voor het analyseren van biomineralisatie. Als er een verschil in dichtheid tussen de biomaterial en het bot weefsels is, kan de biomaterial worden gesegmenteerd uit 35 ,, 36. Anders, de onderzoekers de verschillen in biomineralisatie tussen experimentele groepen kwalitatief kunnen evalueren.

7. Euthanasie

  1. PPlace de osteoporotisch rat in de zaal inductie aangesloten op een machine van de verdoving. Anesthesie 5% Isofluraan met 100% zuurstof induceren.
  2. Onderhouden verdoving via de neus en het uitvoeren van de euthanasie door het gebeuren van de borstholte te produceren een bilaterale pneumothorax 37.

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Results

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Met behulp van dit protocol, kan een beeld en kwantificeren van de regeneratie van n = 8 gemodelleerde osteoporotisch Vertebrale gebreken op verschillende tijdstippen. De anatomische wedstrijd verkregen door de registratieprocedure zorgt voor de analyse van de dezelfde VOI op alle tijdstippen. Dit resulteert in een zeer nauwkeurige longitudinale 3D histomorphometric analyse, zelfs wanneer de marges van het originele gebrek niet langer herkenbaar. We gebruikten vijf keer punten (dag 1, wee...

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Discussion

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Osteoporose is de meest voorkomende oorzaak van Vertebrale compressie fracturen veroorzaakt door een hogere belasting op de rug en dat resultaat in de ineenstorting van de wervel lichaam. Het is echter praktisch onmogelijk voor het genereren van een blessure in een knaagdier die authentiek een soortgelijke Vertebrale ineenstorting repliceert. In plaats daarvan, onderzoekers maken een cilindrische leegte in het midden van de wervel lichaam na te bootsen OVCFs16,17...

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Disclosures

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Dit onderzoek werd gesteund door een subsidie van het California Institute voor regeneratieve geneeskunde (CIRM) (TR2-01780).

Acknowledgements

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Het onderzoek werd gesteund door een subsidie van het California Institute voor regeneratieve geneeskunde (CIRM) (TR2-01780).

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Materials

List of materials used in this article
NameCompanyCatalog NumberComments
IsofluraneMWI Animal Health, Pasadena, CA501017
BetadineSolutionMWI Animal Health, Pasadena, CA4677
Chlorhexidine Gluconate 2% scrubMWI Animal Health, Pasadena, CA510083
Isopropyl Alcohol 70%-quartMWI Animal Health, Pasadena, CA501044
CarprofenMWI Animal Health, Pasadena, CA26357
Buprenorphine 0.3 mg/mLMWI Animal Health, Pasadena, CA56163
Ovariectomized Athymic nude ratsHarlan Laboratories, Indianapolis, INHsd:RH-Foxn1 rnu
Low calcium foodNewco Distributors, Inc., CA1814948 (5AV8 AIN-93M w/low calcium)
Phosphate Buffered SalineLife Technologies Corporation14190250
DermabondJ AND J ETHICONDHVM12
Anesthesia machinePatterson ScientificTEC 3EX
Slide Top Induction ChambersPatterson Scientific78917833
ProStation Heated WorkstationPatterson Scientific78914731
Surgical drapeHALYARD HEALTH INC89101
Magnetic fixator retraction systemFine Science Tools, Inc., CA18200-50
Dissecting Scissors, 10 cm, Curved, SSWorld Precision Instruments, FL14394
Iris Scissors, 11.5 cm, 45 °Angle, Serrated, Sharp/SharpWorld Precision Instruments, FL503225
Forceps, no. 5World Precision Instruments, FL555048FT
Micro Mosquito Hemostatic ForcepsWorld Precision Instruments, FL503360
Sterile cotton gauzeMedtronic, MINNEAPOLIS, MN9024
Absorption Spears - Mounted/SterileFine Science Tools, CA18105-01
Syringe, 1 mLTERUMO TERUMO MEDSS-01T
Needle, 25 gaugeBD MED SYS INJECTION SYS305127
Laminar flow hoodBakerSterilGARD e3-Class II Type A2 Biosafety Cabinet
Thermal Cautery UnitWorld Precision Instruments, FL501292
Micro-Drill OmniDrill115/230VWorld Precision Instruments, FL503598
Trephines for Micro Drill, 2 mm diameterFine Science Tools, CA18004-20
3-0 Vicryl undyed 27” SH taperJ AND J ETHICON1663G
4-0 Ethilon black 18” PC3 conventional cuttingJ AND J ETHICON1954G
Conebeam in vivo microCT (vivaCT 40)Scanco MedicalvivaCT 40
SCANCO Medical microCT systems software suiteScanco MedicalvivaCT 40
Analyze softwareBiomedical Imaging, Mayo Clinic, Rochester, MNAnalyze 12Afbeeldinganalysesoftware
Veterenery eye ointment

References

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Wang, M. L., Massie, J., Perry, A., Garfin, S. R., Kim, C. W. A rat osteoporotic spine model for the evaluation of bioresorbable bone cements. Spine J. 7 (4), 466-474 (2007).
  2. Consensus development conference: prophylaxis and treatment of osteoporosis. Am J Med. 90 (1), 107-110 (1991).
  3. Center, J. R., Nguyen, T. V., Schneider, D., Sambrook, P. N., Eisman, J. A. Mortality after all major types of osteoporotic fracture in men and women: an observational study. Lancet. 353 (9156), 878-882 (1999).
  4. Buchbinder, R., et al. A randomized trial of vertebroplasty for painful osteoporotic vertebral fractures. N Engl J Med. 361 (6), 557-568 (2009).
  5. Kallmes, D. F., et al. A randomized trial of vertebroplasty for osteoporotic spinal fractures. N Engl J Med. 361 (6), 569-579 (2009).
  6. Kado, D. M., et al. Vertebral fractures and mortality in older women: a prospective study. Study of Osteoporotic Fractures Research Group. Arch Intern Med. 159 (11), 1215-1220 (1999).
  7. Silverman, S. L. The clinical consequences of vertebral compression fracture. Bone. 13, Suppl 2. S27-S31 (1992).
  8. Ross, P. D. Clinical consequences of vertebral fractures. Am J Med. 103 (2A), 30S-43S (1997).
  9. Saito, T., Kin, Y., Koshino, T. Osteogenic response of hydroxyapatite cement implanted into the femur of rats with experimentally induced osteoporosis. Biomaterials. 23 (13), 2711-2716 (2002).
  10. Koshihara, M., Masuyama, R., Uehara, M., Suzuki, K. Effect of dietary calcium: Phosphorus ratio on bone mineralization and intestinal calcium absorption in ovariectomized rats. Biofactors. 22 (1-4), 39-42 (2004).
  11. Martin-Monge, E., et al. Validation of an osteoporotic animal model for dental implant analyses: an in vivo densitometric study in rabbits. Int J Oral Maxillofac Implants. 26 (4), 725-730 (2011).
  12. Agata, U., et al. The effect of different amounts of calcium intake on bone metabolism and arterial calcification in ovariectomized rats. J Nutr Sci Vitaminol (Tokyo). 59 (1), 29-36 (2013).
  13. Govindarajan, P., et al. Bone matrix, cellularity, and structural changes in a rat model with high-turnover osteoporosis induced by combined ovariectomy and a multiple-deficient diet. Am J Pathol. 184 (3), 765-777 (2014).
  14. Govindarajan, P., et al. Implications of combined ovariectomy/multi-deficiency diet on rat bone with age-related variation in bone parameters and bone loss at multiple skeletal sites by DEXA. Med Sci Monit Basic Res. 19, 76-86 (2013).
  15. Alt, V., et al. A new metaphyseal bone defect model in osteoporotic rats to study biomaterials for the enhancement of bone healing in osteoporotic fractures. Acta Biomater. 9 (6), 7035-7042 (2013).
  16. Liang, H., et al. Use of a bioactive scaffold for the repair of bone defects in a novel reproducible vertebral body defect. Bone. 47 (2), 197-204 (2010).
  17. Liang, H., Li, X., Shimer, A. L., Balian, G., Shen, F. H. A novel strategy of spine defect repair with a degradable bioactive scaffold preloaded with adipose-derived stromal cells. Spine J. 14 (3), 445-454 (2014).
  18. Fujishiro, T., et al. Histological evaluation of an impacted bone graft substitute composed of a combination of mineralized and demineralized allograft in a sheep vertebral bone defect. J Biomed Mater Res A. 82 (3), 538-544 (2007).
  19. Sheyn, D., et al. Gene-modified adult stem cells regenerate vertebral bone defect in a rat model. Mol Pharm. 8 (5), 1592-1601 (2011).
  20. Phillips, F. M., et al. In vivo BMP-7 (OP-1) enhancement of osteoporotic vertebral bodies in an ovine model. Spine J. 6 (5), 500-506 (2006).
  21. Kobayashi, H., et al. Long-term evaluation of a calcium phosphate bone cement with carboxymethyl cellulose in a vertebral defect model. J Biomed Mater Res A. 88 (4), 880-888 (2009).
  22. Turner, T. M., et al. Vertebroplasty comparing injectable calcium phosphate cement compared with polymethylmethacrylate in a unique canine vertebral body large defect model. Spine J. 8 (3), 482-487 (2008).
  23. Zhu, X. S., et al. A novel sheep vertebral bone defect model for injectable bioactive vertebral augmentation materials. J Mater Sci Mater Med. 22 (1), 159-164 (2011).
  24. Vanecek, V., et al. The combination of mesenchymal stem cells and a bone scaffold in the treatment of vertebral body defects. Eur Spine J. 22 (12), 2777-2786 (2013).
  25. Geusens, P., et al. High-resolution in vivo imaging of bone and joints: a window to microarchitecture. Nat Rev Rheumatol. 10 (5), 304-313 (2014).
  26. Genant, H. K., Engelke, K., Prevrhal, S. Advanced CT bone imaging in osteoporosis. Rheumatology (Oxford). 47, Suppl 4. 9-16 (2008).
  27. Kallai, I., et al. Microcomputed tomography-based structural analysis of various bone tissue regeneration models. Nature Protocols. 6 (1), 105-110 (2011).
  28. Lambers, F. M., Kuhn, G., Schulte, F. A., Koch, K., Muller, R. Longitudinal assessment of in vivo bone dynamics in a mouse tail model of postmenopausal osteoporosis. Calcif Tissue Int. 90 (2), 108-119 (2012).
  29. de Bakker, C. M., et al. muCT-based, in vivo dynamic bone histomorphometry allows 3D evaluation of the early responses of bone resorption and formation to PTH and alendronate combination therapy. Bone. 73, 198-207 (2015).
  30. Lan, S. H., et al. 3D image registration is critical to ensure accurate detection of longitudinal changes in trabecular bone density, microstructure, and stiffness measurements in rat tibiae by in vivo microcomputed tomography (μCT). Bone. 56 (1), 83-90 (2013).
  31. Nishiyama, K. K., Campbell, G. M., Klinck, R. J., Boyd, S. K. Reproducibility of bone micro-architecture measurements in rodents by in vivo micro-computed tomography is maximized with three-dimensional image registration. Bone. 46 (1), 155-161 (2010).
  32. Sheyn, D., et al. PTH Induces Systemically Administered Mesenchymal Stem Cells to Migrate to and Regenerate Spine Injuries. Mol Ther. 24 (2), 318-330 (2016).
  33. Lelovas, P. P., Xanthos, T. T., Thoma, S. E., Lyritis, G. P., Dontas, I. A. The laboratory rat as an animal model for osteoporosis research. Comp Med. 58 (5), 424-430 (2008).
  34. Bouxsein, M. L., et al. Guidelines for assessment of bone microstructure in rodents using micro-computed tomography. J Bone Miner Res. 25 (7), 1468-1486 (2010).
  35. de Lange, G. L., et al. A histomorphometric and micro-computed tomography study of bone regeneration in the maxillary sinus comparing biphasic calcium phosphate and deproteinized cancellous bovine bone in a human split-mouth model. Oral Surg Oral Med Oral Pathol Oral Radiol. 117 (1), 8-22 (2014).
  36. Ramalingam, S., et al. Guided bone regeneration in standardized calvarial defects using beta-tricalcium phosphate and collagen membrane: a real-time in vivo micro-computed tomographic experiment in rats. Odontology. 104 (2), 199-210 (2016).
  37. Leary, S., et al. AVMA guidelines for the euthanasia of animals: 2013 edition. , (2013).
  38. Wang, M. L., Massie, J., Allen, R. T., Lee, Y. P., Kim, C. W. Altered bioreactivity and limited osteoconductivity of calcium sulfate-based bone cements in the osteoporotic rat spine. Spine J. 8 (2), 340-350 (2008).
  39. Liang, H., Li, X., Shimer, A. L., Balian, G., Shen, F. H. A novel strategy of spine defect repair with a degradable bioactive scaffold preloaded with adipose-derived stromal cells. Spine J. 14 (3), 445-454 (2013).
  40. Sheyn, D., et al. PTH induces systemically administered mesenchymal stem cells to migrate to and regenerate spine injuries. Mol Ther. 24 (2), 318-330 (2015).
  41. Matthieu, R., et al. A new rat model for translational research in bone regeneration. Tissue Eng Part C Methods. , (2015).
  42. Turner, A. S. Animal models of osteoporosis--necessity and limitations. Eur Cell Mater. 1, 66-81 (2001).

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Reprints and Permissions

Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article

Request Permission

Tags

Osteoporosis ModelVertebral FractureMicrocomputed TomographyBone RegenerationNude RatsLongitudinal ImagingSemiautomated AnalysisBone DefectBone Volume DensityApparent Density

Related Articles