De algemene keuze van ratten als proefpersonen is te wijten aan het feit dat ze gemakkelijk te fokken zijn en relatief goedkoop in vergelijking met grotere diermodellen. De opkomst van nieuwe procedures, zoals de betrouwbare reproductie van een aandoening, bijvoorbeeld osteoporose of diabetes, maakt dit model bijzonder nuttig voor het analyseren van het mogelijke gebruik van behandelingen en/of de invloed van de ziekte op de biologische respons op geneesmiddelen en chirurgische hulpmiddelen of procedures 1,2.
De toename van de botmassa van de rat vindt meestal plaats tijdens de eerste 6 maanden van het leven, hoewel sommige onderzoekers geloven dat het lange bot gedurende ten minste een jaar constant groeit met een progressieve toename inlengte1. Bij veroudering is er een overgang van modellering naar remodellering, die niet in alle gevallen even gelijkmatig door de botten plaatsvindt2. Vrouwelijke Sprague Dawley-ratten groeien langzamer dan mannelijke ratten en bereiken een lagere piek in gewicht dan mannelijke ratten1. Continue botverlenging en gevarieerde botremodelleringsdynamiek bij ratten zijn factoren waarmee rekening moet worden gehouden bij het aanpakken van gezondheidsproblemen bij de mens; Het is echter nog niet mogelijk geweest om experimenteel onderzoek te vinden dat ofwel levenslange botontwikkeling van ratten aantoont of het onvermogen van de soort om bot1 te hermodelleren. Als het experiment rond de leeftijd van 10 maanden begint, moet een marge van ten minste 1 mm vanaf de groeischijf van het scheenbeen intact worden gelaten vanwege deze longitudinale botgroei, een kwestie waarmee rekening moet worden gehouden in onderzoeken naar tandheelkundig implantaten2. Hormonen zijn ook een belangrijke parameter in botonderzoek, aangezien mannelijke ratten op de leeftijd van 8 maanden 22% meer botbreedte en 33% grotere breeksterkte bleken te hebben dan vrouwtjes in het scheenbeen.
De betrouwbare reproductie van een aandoening is dus erg belangrijk in de orthopedie en implantaattandheelkunde, aangezien osseointegratie van een orthopedische schroef of een tandheelkundig implantaat een complex proces is dat afhankelijk is van tal van factoren die van invloed zijn op de systemische respons op de implantatie van het apparaat in het bot. Van systemische aandoeningen zoals osteoporose en diabetes is bekend dat ze het slagingspercentage in de orthopedie en implantaattandheelkunde beïnvloeden, dus de betrouwbare reproductie van die aandoeningen in rattenmodellen kan worden toegepast om manieren te onderzoeken om deze beperkingen te overwinnen.
Het scheenbeen van de rat maakt het, vanwege de gemakkelijke chirurgische toegang, het matige botvolume en de platte vorm op de mediale plaat, geschikt voor chirurgische botimplantatie-experimenten 4,5, en het is gebruikt in tal van onderzoeken naar de effecten van het implantaatoppervlak op osseo-integratie 4,5,6. Een groeiend aantal studies beoordeelt de effecten op de osseo-integratie van coatings en stoffen die aan het implantaatoppervlak worden toegevoegd bij zowel gezonde dieren7 als bij gecompromitteerde dieren met diabetes of osteoporose 8,9,10,11,12,13,14.
Het aantal implantaten dat in het scheenbeen van een rat wordt geplaatst, is beperkt en kan verschillen afhankelijk van het type onderzoek. Afhankelijk van het aantal implantaten of de onderzoeksomstandigheden moeten de afmetingen van de apparaten worden aangepast om chirurgisch trauma tot een minimum te beperken. In onderzoeken met één implantaat kan een implantaat van bijna menselijke grootte worden geplaatst (2,0 mm in diameter en 4 tot 5 mm in lengte) en kan bicorticale verankering worden bereikt 6,7,15,16. De afmetingen van de implantaten in multi-implantaatprotocollen moeten een geschikte implantaatgrootte aannemen (1,5 mm in diameter en 2,5 mm in lengte)4,17.
De huidige studie heeft tot doel een gestandaardiseerd chirurgisch protocol te beschrijven voor het plaatsen van titanium implantaten op het scheenbeen van twee rattenmodellen: het osteoporose en het diabetes rattenmodel. Bovendien maakt deze studie het mogelijk om het chirurgische protocol te testen om verschillende soorten biofunctionalisatie van het implantaatoppervlak en het effect ervan op osseo-integratie te beoordelen.
Een steekproef van 80 ratten werd in twee groepen verdeeld. In groep 1 werden 40 Sprague Dawley-vrouwtjes met ovariëctomie en 5 schijndieren geselecteerd, met een gemiddeld gewicht van 484 g en een gemiddelde leeftijd van 12 weken. Op basis van aanbevelingen van de leverancier (zie Materiaaltabel) begon het experiment drie maanden na castratie. Deze wachttijd zorgde voor het verdwijnen van geslachtshormonen. Osteoporose werd bevestigd op het moment van de operatie op basis van micro-computertomografie (micro-CT) botanalyse, die een gemiddelde van 20% botverlies weerspiegelde in vergelijking met de schijngroep. Groep 2 bestond uit 40 BBDR (Bio Breeding Diabetes Resistant) genetisch gemodificeerde Sprague Dawley ratten met diabetes type II. Het gemiddelde gewicht was 730 g en de gemiddelde leeftijd was 12 weken. Voorafgaand aan de operatie werd de diabetische status bevestigd met drie opeenvolgende dagen van glucosemetingen met resultaten hoger dan 200 mg/dL. Glucose werd gemeten met een glucometer in 6 uur nuchter en een bloeddruppel werd verzameld door middel van staartpunctie.
Graad 3 titanium implantaten met een lengte van 2 mm en een diameter van 1,8 mm werden gebruikt. Alle implantaten werden gesteriliseerd in cleanroom-omstandigheden, door ultrasoon te worden gereinigd in cyclohexaan (3 keer gedurende 2 minuten), aceton (eenmaal gedurende 1 minuut), gedeïoniseerd water (3 keer gedurende 2 minuten), ethanol (3 keer gedurende 2 minuten) en aceton (3 keer gedurende 2 minuten) met behulp van een ultrasoon bad (230 VAC, 50/60 Hz, 360 W). Vervolgens werden de monsters gedroogd met stikstofgas en werd een stikstofbundel van 0,5 bar rechtstreeks op de monsters aangebracht. Voorafgaand aan de implantatie werden de implantaten eerst gedrenkt in gedeïoniseerd water en vervolgens gedurende 10 minuten ondergedompeld in 70% ethanol (v/v). Hierna werden de implantaten overgebracht naar steriele microcentrifugebuisjes en onder steriele omstandigheden bewaard tot de operatie.