Een efficiënte en reproduceerbare Protocol voor afleiding Osteogenesis in een Rat Model leidt tot een functionele geregenereerde dijbeen
23 oktober 2017
Deze studie beschrijft een reproduceerbare en gedetailleerd protocol met behulp van een nieuw ontwikkelde externe fixator voor afleiding osteogenesis (doen) in een femorale rat model welke vergunningen fysiologische gewicht dragende door het behandelde dier na verwijdering van de externe fixator.
Het algemene doel van dit protocol is om op reproducibare en efficiënte wijze femorale distractief osteogenese te induceren in een rattenmodel om functionele botregeneratie te beoordelen. Deze methode kan helpen om belangrijke vragen in het veld van osteogenese-geneeskunde te beantwoorden over het bepalen en verkorten van de consolidatieperiode of over het identificeren van het mechanisme van botreparatie. Het belangrijkste voordeel van deze techniek is vitaal voor degene die de externe fixator maakte en om degene die de operatie uitvoert te begeleiden, een stabiele omgeving te bieden voor optimale botregeneratie.
De implicaties van deze techniek strekken zich uit tot alle therapeutische verlenging van de boven- en onderarm of botdefecten die optreden na een operatie voor bottumorexcisie. De demonstratie van de procedure wordt gedaan door Edouard Lamy, een farmaceutisch docent uit mijn laboratorium. Begin door een verdovingsmiddel te plaatsen op een 12 weken oude mannelijke Sprague Dawley-rat in de linkerzijligging en verwijder het haar van de rechterachterpoot.
Na het aanbrengen van oogzalf, desinfecteer het operatiegebied met Povidone-jodiumoplossing en plaats het dier in de rugligging. Met de externe fixator gepositioneerd langs de mediolaterale as, gebruik een marker om één punt op de knie en een tweede punt op de heup te maken langs de mediale lijn van het sagittale vlak. Verbind de twee punten en gebruik een scalpel om een huidsnede te maken langs de lijn, snijdend tussen de biceps femoris en de vastus lateralis totdat het dijbeen volledig is blootgesteld.
Til het periosteum op en gebruik een roguine om het zachte weefsel los te koppelen van het bot. Breng pinnen in de meest proximale en distale gaten van de externe fixator. Als beide pinnen kunnen worden verankerd, gebruik twee Senn's retractoren om de spieren te openen en de klemklem van een boorgids in het midden van het dijbeen vast te zetten, beginnend met de proximale en distale gaten, en eindigend met de middelste twee gaten, een metalen 0,6 millimeter boorstang door het bot te laten gaan om vier geleidingsgaten te maken.
Gebruik een 0,8-millimeter half-gedraaide pin, werk de pin heen en weer om de vier voorgaten te vergroten, zorg ervoor dat u loodrecht op het dijbeen blijft. Om de pinnen te implanteren, gebruik een naaldhouder om het hoofd van elke 1-millimeter half-draadpin vast te grijpen en de pinnen individueel te laten zinken om de geleidingsgaten te vergroten. Gebruik een Senn's retractor om te bevestigen dat de pinnen beide cortices doorboren zonder meer dan 1 millimeter uit te steken.
Wanneer de pinnen op hun plaats zijn, verbind de externe fixator met de half-gedraaide pinnen, zorg ervoor dat de offset ongeveer 6 millimeter is om gemakkelijk te kunnen naaien en goede stijfheid te garanderen. Bevestig vervolgens de vier sluitbouten zodat de externe fixator op de pinnen is vergrendeld. Gebruik een Piezotome om een osteotomie uit te voeren tussen de twee centrale pinnen.
Gebruik vervolgens een Mayo-Hegar naaldhouder, een resorbeerbare 5-0 naaddraad en een doorlopende hechting om de wond te sluiten. Direct na de operatie, röntgen het dier om de diepte van de pinnen en de uitlijning van de osteotomeerde uiteinden langs de lange as te controleren. Laat de rat vervolgens volledig herstellen met begeleiding.
Na een week, röntgen de ledemaat om de positionering van de pinnen en de uitlijning van de botsegmenten opnieuw te controleren. Om de distracatie uit te voeren, draai de vierkante moer elke 12 uur gedurende 10 dagen een halve draai met de klok mee. Röntgen de ledemaat halverwege en aan het einde van het distracatieproces om de positionering van de pinnen en de uitlijning van de botsegmenten te controleren.
Aan het einde van de distracatie, röntgen de ledemaat wekelijks, verwijder de externe fixator op dag 64. Op dag 66, gebruik een scalpel om een huidsnede te maken door het operatielitteken vanaf de bovenkant van de heup tot de voorkant van de knie. Snijd tussen de biceps femoris en de vastus lateralis totdat het dijbeen volledig is blootgesteld, los het spierweefsel zoveel mogelijk van het bot.
Snijd alle ligamenten van de knie door, ontmantel de articulatie en snij de gewrichtscapsule van de heup door. Reinig het bot grondig zonder de pinnen te verwijderen, gebruik een scalpel om al het zachte weefsel te verwijderen. Wanneer het contralaterale dijbeen is schoongemaakt, röntgen beide dijbeenderen.
Verwijder de pinnen en bewaar de dijbeenderen bij minus 20 graden Celsius voor micro-computed tomografie scananalyse. In dit representatieve experiment, onthulde röntgenbeelden van onmiddellijk na de operatie tot het einde van de consolidatie, dat de half-gedraaide pinnen binnen de femurpinnen parallel bleven, goed bewaard en niet losgeraakt gedurende het hele proces, wat duidt op een stabiele verankering. Bovendien waren de osteotomeerde uiteinden duidelijk goed uitgelijnd langs de longitudinale as van het bot tijdens het proces van distractief osteogenese.
Aan het einde van de latentieperiode waren er geen verkalkte gebieden zichtbaar nabij de osteotomeerde uiteinden. Aan het einde van de distracatieperiode waren enkele verkalkte gebieden zichtbaar dicht bij de bestaande cortices. Na 28 dagen consolidatie was het niet-verkalkte gebied van de opening tussen de osteotomeerde uiteinden kleiner en een periostale callus kon worden waargenomen nabij de opening op het niveau van de pinnen.
Na 47 dagen consolidatie was de regenererende callus volledig overbrugd. Na verwijdering van de externe fixator en twee dagen fysiologisch gewichtdragend, vertoonden de dieren een fysiologische gang en er was geen bewijs van fractuur te zien. 3D micro-computed tomografie analyse van de seriële longitudinale secties van de regenererende callus toonde aan dat verkalkt overbruggen altijd aanwezig was met een continue buitenste cortex waargenomen aan de rand van de regenererende callus.
Na 49 dagen consolidatie werd geen fractuur waargenomen ondanks het voortbestaan van een minder gemineraliseerd gebied in het centrum van de geregenereerde callus. Eenmaal onder de knie, kan deze chirurgische techniek in 45 minuten worden voltooid als deze goed wordt uitgevoerd. Bij het uitvoeren van deze procedure is het belangrijk om te onthouden om
Bekijk het volledige transcript en krijg toegang tot duizenden wetenschappelijke video's
Overzicht
Deze studie presenteert een gedetailleerd protocol voor distractief botvorming (DO) met behulp van een nieuw ontwikkelde externe fixator in een femorale rattenmodel. Deze methode maakt fysiologische gewichtsdraging mogelijk na verwijdering van de fixator, waardoor de beoordeling van functionele botregeneratie wordt vergemakkelijkt.
Belangrijke studiecomponenten
Wetenschapsgebied
- Botregeneratie
- Distractief botvorming
- Diermodellen
Achtergrond
- Distractief botvorming is een chirurgisch proces dat wordt gebruikt om skeletdeformiteiten te reconstrueren.
- De techniek omvat geleidelijke distracatie van botsegmenten om nieuwe botvorming te bevorderen.
- Begrip van de mechanismen van botreparatie is cruciaal voor het verbeteren van klinische resultaten.
- Deze studie maakt gebruik van een rattenmodel om deze mechanismen effectief te verkennen.
Doel van het onderzoek
- Een reproduceerbaar protocol opstellen voor het induceren van femorale distractief botvorming.
- De functionele aspecten van botregeneratie beoordelen in een gecontroleerde omgeving.
- Inzichten verschaffen in de consolidatiefase en mechanismen van botreparatie.
Gebruikte methoden
- Gebruik van een nieuw ontwikkelde externe fixator voor DO.
- Betrokkenheid van een 12 weken oude mannelijke Sprague Dawley rattenmodel.
- Proceduredemonstratie door een farmacie docent.
- Postoperatieve beoordeling van gewichtsdragende capaciteiten.
Belangrijkste resultaten
- Het protocol maakt effectieve inductie van distractief botvorming mogelijk.
- Fysiologische gewichtsdraging wordt bereikt na verwijdering van de externe fixator.
- Een stabiele omgeving wordt geboden voor optimale botregeneratie.
- Mogelijke implicaties voor ledverlenging en reparatie van botdefecten.
Conclusies
- Deze techniek is een waardevol hulpmiddel voor het bestuderen van botregeneratie.
- Het kan leiden tot vooruitgang in de osteogenese geneeskunde.
- Verder onderzoek kan de toepassingen ervan in klinische omgevingen verkennen.
Veelgestelde vragen
Executive Industry Relevance
This protocol establishes a reproducible model for functional bone regeneration in rats, enabling preclinical evaluation of bone healing mechanisms and therapeutic interventions. By achieving physiological weight-bearing post-fixator removal, it provides a physiologically relevant system for assessing bone quality and structural integrity. The method supports target validation in osteoanabolic pathways and mechanistic de-risking of bone repair strategies prior to translational investment.
Strategic Applications in Biopharma R&D
Early Discovery & Target Validation
- Scientific Value: Enables interrogation of therapeutic hypotheses in bone regeneration by providing a controlled in vivo model to assess callus formation and cortical bridging.
- Operational Value: Offers standardized surgical and distraction parameters that reduce variability in preclinical bone healing studies.
Screening & Assay Development
- Scientific Value: Generates quantitative endpoints such as micro-CT-derived bone volume, mineral density, and cortical continuity for assay readouts.
- Operational Value: Supports development of reproducible imaging and biomechanical assays to evaluate compound effects on bone regeneration.
Translational & Preclinical Research
- Scientific Value: Models clinically relevant distraction osteogenesis for studying consolidation period shortening and bone defect repair.
- Operational Value: Provides a preclinical platform to test growth factors, biomaterials, or mechanical stimuli in a weight-bearing competent system.
Pipeline & Workflow Integration
The method fits within the discovery continuum from target validation through lead identification to preclinical efficacy testing, particularly for bone anabolic agents and regenerative therapies.
- Discovery Biology: Facilitates hypothesis testing on molecular pathways involved in osteoblast activation and angiogenesis during distraction.
- Screening: Enables standardized preparation of bone regeneration models for high-fidelity compound screening.
- Analytics: Delivers quantitative micro-CT and biomechanical outputs that support cross-condition comparison and dose-response modeling.
- Translational Research: Aligns with clinical distraction osteogenesis applications, supporting preclinical continuity for limb lengthening and bone defect repair strategies.
- Enterprise Reuse: Establishes a reusable surgical and postoperative workflow for multi-program evaluation of bone-healing therapeutics.
Operational & Enterprise Impact
- Scientific Value: Enhances predictive confidence in bone regeneration outcomes through reproducible functional regeneration and weight-bearing capacity.
- Operational Value: Delivers a standardized, rigid external fixator system that improves surgical reproducibility across sites and operators.
- Strategic Value: Reduces late-stage attrition by enabling early functional assessment of bone quality in preclinical models.
- Portfolio Impact: Informs risk-adjusted go/no-go decisions for osteoanabolic programs based on structural and functional bone endpoints.
Implementation Considerations
- Requires expertise in rodent orthopedic surgery, microsuturing, and external fixator application.
- Depends on access to precision drilling tools, half-threaded pins, and imaging equipment for pin alignment verification.
- Necessitates standardized postoperative monitoring and distraction scheduling to ensure consistent regeneration outcomes.
- Involves adaptation considerations when translating pin placement and distraction rates to other skeletal sites or species.
- Limited by the need for aseptic technique and prolonged postoperative care to prevent fixation failure or infection.
