Fractuur apparatuur ontwerp en protocolverbetering voor gesloten-gestabiliseerde fracturen bij knaagdieren
14 augustus 2018
Het doel van het protocol is voor het optimaliseren van de fractuur generatie parameters zodanig dat deze consistent fracturen. Dit protocol is verantwoordelijk voor de variaties in bot grootte en morfologie die zich tussen de dieren voordoen kan. Bovendien, wordt een kosteneffectieve, verstelbare fractuur-apparaat beschreven.
Deze methode kan helpen bij het beantwoorden van sleutelvragen op het gebied van botbiologie, zoals welke interventies het genezing van fracturen bevorderen. Het belangrijkste voordeel van deze techniek is dat het een eenvoudige methode biedt om parameters af te leiden om consistente fracturen te genereren. Om de regio voor de fractuur te lokaliseren, verkrijg radiogrammen van de te fractureren ledemaatfemur of tibia in een representatieve steekproef van vijf geëuthanasieerde dieren.
Tibia-beelden worden hier getoond. Markeer de gewenste locatie van de fractuur op de radiografie van het te fractureren ledemaat. Meet van het calcaneale tibiale gewricht tot het niveau van de gemarkeerde fractuur.
Bereken de gemiddelde breuklengte voor alle proefstukken. Op het instelbare breukapparaat, meet de afstand van de buitenkant van een steunhulp tot het centrum van de guillotine-impact. Trek het centrum van de guillotine-impact af van de breuklengte om de jig-diepte voor breukpositionering te berekenen, of JD.Machine of print een U-vormige kanaal met een hoogte en breedte gelijk aan de hulp en een diepte gelijk aan de JD.Plaats het monster in het breukapparaat in de rugligging voor femurbreuken, of in de buikligging voor tibiabreuken.
Druk de dorsum van de voet tegen het uiteinde van de breukpositioneringsjig. Druk handmatig op de guillotine totdat het ledemaat breekt. Verkrijg een radiogram van het gefractureerde ledemaat om de jig-grootte en fractuurlocatie te bevestigen.
Om de speldlengte te bepalen, meet de ledemaatlengte van het tibiale plateau tot het niveau van de achterste malleolus voor tibiabreuken. Om de speldbreedte te bepalen, meet de minimale medullaire diameter in het gefractureerde ledemaat. Selecteer een naald met een maat ongeveer gelijk aan de medullaire diameter en een lengte meer dan 1,5 keer de speldlengte.
Een geschatte speldgrootte voor een 14 weken oude C57 zwarte zes muis is 27 gauge, een en een kwart inch, en 22 gauge, een en een halve inch voor tibia en femur, respectievelijk. Machine of print een maat met een lengte gelijk aan de speeldlengte minus de naaldlengte. Eén uiteinde moet een overhang hebben om te rusten tegen de hub van de naald en de andere moet aangeven waar de speld moet worden gesneden.
Gebruik een elektrische trimmer of ontharingscreme om haar van de benen van niet-gefractureerde proefstukken te verwijderen vanaf het midden van de tibia tot het midden van de femur, waarbij het kniegewricht wordt blootgesteld. Om de tibia te pinnen, steek de naald percutaan in, lateraal aan de patellaire ligament. Trek het patellaire ligament mediaal terug en lijn het puntje van de naald uit met de as van de tibia.
Gebruik een reikbeweging om voorzichtig het tibiale plateau te doorbreken en leid de naald door de medullaire holte. Gebruik vervolgens de maat en reik totdat de blootgestelde naald gelijk is aan de maatlengte. Trek de naald ongeveer drie millimeter terug, om voldoende ruimte te bieden om de naald op het niveau aangegeven door de maat te snijden.
Krimp 3 millimeter van het distale uiteinde van de speld met behulp van een spelknipper en snijd vervolgens de speld op het niveau van de maat. Synchroniseer de speld met het gewrichtsoppervlak met behulp van een staaf met een diameter 1,5 keer groter dan de diameter van de naald. Verkrijg radiogrammen om te bevestigen dat de naald de lengte van de medullaire kanaal van het ledemaat bereikt en niet uit het proximale of distale uiteinde steekt.
Om de impactdiepte te bepalen, meet de diameter van de cortex op het niveau van de gewenste fractuur op de radiografie. Plaats een gespind proefstuk in het breukapparaat met behulp van de breukpositioneringsjig. Laat de impactram rusten op het ongedwonden ledemaat.
Laat de ram niet vallen. Het bot moet intact blijven tijdens deze optimalisatie stap. Breng voldoende neerwaartse kracht aan op de ram om zacht weefsel samen te drukken, maar breek het bot niet.
Pas de impactdiepte aan tot 75 keer de corticale diameter om rekening te houden met het zachte weefsel. Stel de valhoogte in op twee centimeter. Plaats de ram in zijn startpositie door deze te verbinden met de geactiveerde elektromagneet.
Plaats een proefledemaat in het breukapparaat. Druk de dorsum van de voet tegen de breukpositioneringsjig. Druk kort op de voetschakelaar om de ram vrij te geven en zet hem vervolgens terug in zijn startpositie.
Radiografeer het beïnvloede proefledemaat en inspecteer op enig bewijs van een fractuur. Dit kan subtiel zijn bij gebruik van lage snelheden met een gecontroleerde impactdiepte. Als er geen fractuur wordt gegenereerd, verhoog de valhoogte met twee centimeter.
Als er een fractuur wordt gegenereerd, noteer de valhoogte en vermenigvuldig deze met 1,1. Dit is de nieuwe valhoogte. Gebruik de nieuwe valhoogte om het volgende proefledemaat te breken.
Ga door met de procedure totdat alle proefstukken gebroken zijn. Noteer de laatste valhoogte en alle parameters van de optimalisatie. Noteer de leeftijd, geslacht, genotype en gewicht van het proefstuk.
Met behulp van een instelbaar breukapparaat en geoptimaliseerde parameters werd de generatie van eenvoudige transversale fracturen aanzienlijk verbeterd. De pre-optimalisatie groep genereerde slechts een eenvoudige transversale fractuur in 27 van de 58 monsters, of 46,55% van de tijd. Terwijl de post-optimalisatie groep eenvoudige transversale fracturen vertoonde in 98,28% van de tijd.
Na de ontwikkeling ervan, verhoogde deze techniek de strengheid en de reproduceerbaarheid van diermodellen in fractuurgeneratiestudies. Na de procedure kunnen andere technieken, zoals micro-CT en histologie, worden gebruikt om aanvullende vragen over de fractuurmorfologie te beantwoorden.
Bekijk het volledige transcript en krijg toegang tot duizenden wetenschappelijke video's
Overzicht
Dit protocol heeft tot doel de parameters voor het genereren van fracturen te optimaliseren voor consistente resultaten, rekening houdend met variaties in botgrootte en morfologie tussen dieren. Het beschrijft een kosteneffectieve en aanpasbare fractuurapparatuur.
Belangrijke studiecomponenten
Wetenschapsgebied
- Botbiologie
- Fractuurgenezing
- Biomechanica
Achtergrond
- Het begrijpen van fractuurgenezing is cruciaal in de botbiologie.
- Variaties in botstructuur kunnen de fractuurresultaten beïnvloeden.
- Bestaande methoden missen mogelijk consistentie bij het genereren van fracturen.
- Er zijn kosteneffectieve oplossingen nodig voor onderzoekstoepassingen.
Doel van het onderzoek
- Om betrouwbare parameters vast te stellen voor het genereren van fracturen.
- Om het begrip van interventies die fractuurgenezing bevorderen te verbeteren.
- Om een eenvoudige methode voor onderzoekers te bieden.
Gebruikte methoden
- Verkrijg radiografiën van het dijbeen of scheenbeen van geëuthaniseerde dieren.
- Markeer de gewenste fractuurlocatie op de röntgenfoto.
- Meet van het calcaneale tibiale gewricht tot het gemarkeerde fractuurniveau.
- Gebruik een aanpasbaar fractuurapparaat voor consistentie.
Belangrijkste resultaten
- De methode levert consistente fracturen op voor verschillende botmorfologieën.
- Radiografische begeleiding verbetert de nauwkeurigheid in fractuurlocatie.
- Een aanpasbaar apparaat biedt flexibiliteit in experimenteel ontwerp.
- Biedt een basis voor toekomstige studies naar interventies voor fractuurgenezing.
Conclusies
- Het protocol pakt met succes de variabiliteit in botfracturen aan.
- Het biedt een betrouwbare aanpak voor onderzoekers in de botbiologie.
- Toekomstige studies kunnen op deze methode voortbouwen om genezingsprocessen te onderzoeken.
Veelgestelde vragen
Executive Industry Relevance
Inconsistent fracture models in rodent studies increase resource waste and reduce data reliability in bone healing research. This protocol optimizes fracture generation parameters per sample, improving reproducibility and enabling more rigorous preclinical evaluation of therapeutics. Enhanced consistency supports better go/no-go decisions in fracture repair target validation and lead identification.
Strategic Applications in Biopharma R&D
Early Discovery & Target Validation
- Scientific Value: Enables precise interrogation of therapeutic hypotheses by reducing fracture heterogeneity in animal models.
- Operational Value: Increases success rate of simple transverse fractures from 46.55% to 98.28%, minimizing wasted animals and resources.
- Predictive Confidence: Supports reliable assessment of interventions that promote fracture healing through standardized trauma induction.
Screening & Assay Development
- Assay Readiness: Provides a reproducible method to generate stabilized fractures for downstream compound or device screening.
- Quantitative Outputs: Uses radiographic measurements and drop height parameters to ensure consistent trauma delivery across samples.
- Platform Scalability: Adjustable apparatus design allows adaptation across rodent strains and species, supporting cross-study reproducibility.
Translational & Preclinical Research
- Disease-Relevant System: Generates closed-stabilized fractures that mimic clinical trauma, enabling mechanistic studies of healing pathways.
- Translational Continuity: Optimized parameters allow seamless transition from discovery to histology and micro-CT analysis of fracture morphology.
- Mechanistic De-risking: Reduces biological variability, improving confidence in target engagement and pathway modulation data.
Pipeline & Workflow Integration
The method fits within the discovery continuum from hypothesis testing to preclinical validation, supporting iterative refinement of fracture healing interventions.
- Discovery Biology: Supports hypothesis testing by providing consistent trauma models to evaluate genetic, pharmacological, or mechanical interventions.
- Screening: Enables standardized fracture induction for assay-based evaluation of therapeutics or biomaterials.
- Analytics: Generates quantifiable outputs (drop height, fracture positioning jig depth) for comparative analysis across experimental groups.
- Translational Research: Facilitates continuity to histological and micro-CT assessment of callus formation and bone remodeling.
- Enterprise Reuse: Adjustable fracture apparatus and parameter optimization protocol serve as a reusable platform across projects and sites.
Operational & Enterprise Impact
- Scientific Value: Predictive confidence in target validation through reduced fracture pattern variability.
- Operational Value: Standardization and reproducibility of fracture induction across laboratories and strains.
- Strategic Value: Improved capital efficiency by reducing animal use and increasing data quality per study.
- Portfolio Impact: Enables risk-adjusted advancement decisions in fracture repair programs based on reliable preclinical data.
Implementation Considerations
- Expertise in rodent handling, radiographic imaging, and basic machining or 3D printing for apparatus fabrication.
- Access to X-ray imaging equipment for pre- and post-fracture localization and validation.
- Standardization of measurement protocols (bone length, cortical diameter) across users and sites.
- Adaptation considerations for different rodent species (mouse vs. rat) based on bone morphology.
- Practical limitation: Initial optimization requires five euthanized animals per strain to derive sample-specific parameters.
Biopharma FAQs
Chapters in this video
0:04
Title
0:27
Fracture Location
0:59
Fracture-Positioning Jig
1:56
Stabilization of the Pin Parameters
2:51
Intramedullary Pin Fracture Stabilization
4:10
Impact Depth
4:51
Impact Velocity
6:01
Results: Pre- and Post-Optimization of Fracture Generation
6:34
Conclusion
