Fracturen behoren tot de meest voorkomende verwondingen voorkomende aan het houdings-en bewegingsapparaat en zijn gekoppeld aan een enorme sociaal-economische last, met inbegrip van de behandelingskosten die naar verwachting overtreffen van 25 miljard dollar per jaar in de Verenigde Staten1, 2. Hoewel de meerderheid van de breuken zonder incidenten genezen, wordt genezing geassocieerd met aanzienlijke uitvaltijd en productiviteitsverlies. Ongeveer 5-10% van alle fracturen leiden tot een vertraagde genezing of niet-Unie, als gevolg van leeftijd of andere onderliggende chronische aandoeningen, zoals osteoporose en diabetes mellitus3,4,5. Geen FDA-goedgekeurde farmacologische behandelingen zijn momenteel beschikbaar voor de bevordering van efficiënte bot genezing en hersteltijd te verkorten.
Fractuur genezing is een complex en zeer dynamisch proces met betrekking tot de coördinatie van meerdere celtypen. Een grondig inzicht in de cellulaire en moleculaire gebeurtenissen die zijn gekoppeld aan bot regeneratie is dus cruciaal voor de identificatie van therapeutische doelen die dit proces versnellen. Zoals met andere ziekten bij de mens is de oprichting van een zeer vatbaar en reproduceerbare diermodel cruciaal in de studie van het bot genezing. Grotere dieren, zoals schapen en varkens, hebben bot remodelleert eigenschappen en biomechanica vergelijkbaar voor de mens, maar zijn duur, vereisen aanzienlijke genezing tijd, en zijn niet gemakkelijk vatbaar voor genetische manipulatie6. Aan de andere kant, bieden kleine dierlijke modellen, zoals ratten en muizen, veel voordelen, waaronder een gebruiksgemak, lage kosten van onderhoud, korte fok cycli, en een kortere helende tijd7verwerken. Bovendien, het genoom van de muis is gesequenced, rekening houdend met de snelle manipulatie en de generatie van genetische varianten. De muis is dus een krachtig modelsysteem om te studeren ziekten bij de mens, letsel, en8herstellen. Bij de mens vergroot comorbidities zoals osteoporose en diabetes mellitus u de kans van een vertraagde genezing. Een aantal bestaande Muismodellen zijn beschikbaar voor de studie van de effecten van comorbidities zoals osteoporose en diabetes mellitus op letsel van het bot en genezing. Patiënten die lijden aan osteoporose hebben een sterk verminderde biomineralisatie tijdens de latere stadia van een fractuur genezing9. Ovariectomized (OVX) muizen vertonen snelle botverlies en vertraagde bot genezing vergelijkbaar met die bij postmenopauzale osteoporose10,11waargenomen. Bovendien vele Muismodellen van type I en type II diabetes bootsen de lage bot massa fenotypes en verminderde fractuur genezing gezien in mens11. Bovendien lymfkliertest fractuur modellen dienen als een veelzijdig platform om te bestuderen van de complexe biologische processen die zich voordoen in de eelt en verkennen van nieuwe therapeutische strategieën die bot weefselregeneratie versnellen.
Ondanks verschillen in botstructuur en metabolisme, het gehele proces van genezing blijft zeer vergelijkbaar in muizen en mensen, botbreuk waarbij een combinatie van endochondral en intramembranous ossificatie gevolgd door bot remodelleren. Endochondral ossificatie omvat de werving van voorlopercellen mechanisch minder stabiele regio's rondom de breuk kloof, waar zij onderscheid in chondrocyten die hypertrofie en mineralize van het kraakbeen om te produceren een zachte callus. De tweede golf van voorlopercellen infiltreren de eelt en onderscheid maken in volwassen botcellen die nieuw bot matrix12,13,14,15afscheiden. Tijdens intramembranous ossificatie, progenitoren op de periosteal en endosteale oppervlakken direct onderscheid in matrix afscheidende botcellen en vergemakkelijken de overbrugging van de fractuur kloof9,11,12 ,,13. Samen, de endochondral en intramembranous ossifications leiden tot de ontwikkeling van een hard eelt, die verder in de tijd tot het vormen van een sterke secundaire bone beeldschermresolutie ondersteunen mechanische belastingen13,14 is vernieuwd ,15. Bij de gezonde mens duurt het genezingsproces ongeveer 3 maanden, vergeleken met slechts 35 dagen in muizen16.
Fractuur genezing is vaak bestudeerd met behulp van een open of gesloten chirurgische modellen17. Open chirurgische benaderingen, zoals het genereren van een kritisch formaat defect of complete osteotomie, standaardisering van de locatie van het letsel en de geometrie om afwijkingen veroorzaakt door verbrijzelde fracturen. Osteotomieën dienen als een uitstekend model te bestuderen van het onderliggende mechanisme is erachter een non-adhesie omdat genezing is vaak vertraagd in vergelijking met gesloten fracturen. Bovendien is een rigide externe fixatie nodig om te stabiliseren van het osteotomized bot, wat betekent dat de regeneratie zal voornamelijk afhangen van de intramembranous ossificatie. Open chirurgische benaderingen gebruiken apparaten zoals vergrendeling nagels, pin-videoclips en vergrendeling platen zodat axiale en rotatie stabiliteit aan de gebroken ledematen; echter, deze apparaten zijn duur en vereisen aanzienlijk meer tijd in chirurgie18,19,20,21. Aan de andere kant, zijn gesloten modellen gestabiliseerd met een eenvoudige intramedullaire fixatie inrichting, waarmee voor voldoende instabiliteit te stimuleren endochondral genezing. Dientengevolge, gesloten fractuur modellen doen niet gemakkelijk na te bootsen de voorwaarden van een niet-Unie. Inwendige fixatie technieken, zoals intramedullaire pinnen, nagels en COMPRESSIESCHROEVEN, zijn voordelig, zoals ze goedkoop, makkelijk te gebruiken zijn, en het minimaliseren van de tijd in chirurgie21,22,23. In sommige gevallen intramedullaire pins worden ingevoegd vóór de breuk, maar het buigen van de intramedullaire pin kan leiden tot de gehoekt of verplaatsing van het gebroken dijbeen, bij te dragen tot de grootte van een variabele eelt en genezing. De locatie van de breuk en de geometrie zijn moeilijker te standaardiseren in gesloten modellen, zoals ze worden gegenereerd met behulp van een drie-punt buigende apparaat, waarin een gewicht wordt neergezet op de diaphysis. Echter, met de juiste techniek, deze chirurgische aanpak biedt snelle en consistente resultaten. Bovendien dient het model gesloten fractuur als een klinisch relevante instrument om te studeren fracturen veroorzaakt door de impact van de hoge kracht of mechanische spanning22.
Dit chirurgische protocol werd aangepast van de eerder beschreven methoden met behulp van een pin intramedullaire te stabiliseren gebroken dijbeen bij ratten en muizen22,24,25. Eerst een intramedullaire naald met een kleine diameter wordt ingebracht via de inkeping van de intracondylar om een punt van binnenkomst, en een guidewire wordt ingevoerd voorafgaand aan het genereren van een dwarse breuk aan het femur midshaft met behulp van een drie-punt van de zwaartekracht-afhankelijke buigmoment apparaat. Na de succesvolle generatie van een gesloten femurfractuur, een intramedullaire roede van een grotere diameter wordt opgenomen over de begeleidingskabel aan het stabiliseren van de gebroken dijbeen. Deze methode voorkomt het risico op vertraagde genezing veroorzaakt door de gehoekt van de intramedullaire pin tijdens de breuk, omdat de plaatsing van de staaf na breuk voor de herpositionering en geoptimaliseerde stabilisatie van de gewonde dijbeen zorgt.