Tworzenie sztywno stabilizowanych złamań do oceny kostnienia błonowego, osteogenezy dystrakcyjnej lub gojenia ubytków o rozmiarze krytycznym
11 kwietnia 2012
Niniejszy artykuł opisuje metodę stabilizacji złamań kości długich opartą na zastosowaniu zmodyfikowanych zewnętrznych stabilizatorów Ilizarova 1-3. Po zastosowaniu stabilizatorów i wywołaniu urazu kostnego można oceniać proces gojenia, przeprowadzać osteogenezę dystrakcyjną lub tworzyć staw rzekomy bądź defekt o rozmiarze krytycznym w celu badania interwencji terapeutycznych.
Ogólnym celem niniejszej procedury jest stworzenie zewnętrznej stabilizacji kości piszczelowej, która może zostać wykorzystana do analizy gojenia ustabilizowanego złamania, dystrakcji, osteogenezy oraz gojenia ubytku segmentowego. W pierwszej kolejności pierścienie stabilizatora są pozycjonowane i utrzymywane na miejscu poprzez wprowadzenie sterylnych szpilek entomologicznych w proksymalną i dystalną część kości piszczelowej, a następnie przymocowanie pierścieni do tych szpilek. Następnie w połowie trzonu kości piszczelowej wykonuje się złamanie lub osteotomię. W ostatnim kroku procedury wprowadza się trzeci pręt gwintowany, aby w pełni ustabilizować pierścienie proksymalny i dystalny.
Ostatecznie, za pomocą analiz rentgenowskich, histologicznych i molekularnych, można uzyskać wyniki ukazujące mechanizmy gojenia złamań, dystrakcji, osteogenezy oraz przeszczepiania kości. Procedurę zaprezentują doświadczeni badacze, dr Diane, Y Yuu oraz pracownik podoktorski dr Chelsea Baney z University of California San Francisco, San Francisco General Hospital, z laboratorium regeneracji szkieletowej przy Orthopedic Trauma Institutes. Należy rozpocząć od złożenia specjalnie zaprojektowanego urządzenia do stabilizacji zewnętrznej.
Ramy stabilizujące składają się z dwóch aluminiowych pierścieni ustabilizowanych za pomocą trzech gwintowanych prętów ze stali nierdzewnej, ośmiu nakrętek sześciokątnych i 17 pasujących śrub. Na każde złamanie potrzebne są dwa aluminiowe pierścienie; w pierścieniu proksymalnym należy luźno wkręcić cztery nakrętki sześciokątne i pasujące śruby w odpowiednie otwory. W pierścieniu dystalnym należy ponownie wkręcić cztery nakrętki i śruby, nie dokręcając ich całkowicie, a następnie umieścić dwa długie pręty gwintowane, które ustabilizują stabilizator, w otworach znajdujących się na godzinie 12 i 6 w pierścieniu dystalnym i przymocować je dwiema nakrętkami sześciokątnymi.
Zanurz mysz pożądanego wieku i płci w znieczuleniu poprzez podanie ketaminy i ksylazyny drogą doszpikową. Pełne znieczulenie potwierdź za pomocą testu ucisku palca. Po usunięciu sierści i przemyciu miejsca preparatem antyseptycznym, zastosuj lubrykant do oczu, a następnie umieść mysz na podgrzewaczu na czas pozostałej części procedury.
Umieść pierścień proksymalny na nodze tak, aby nakrętki były skierowane dystalnie, a następnie przesuń pierścień powyżej stawu kolanowego. Ustabilizuj proksymalną i dystalną metafizę lewej kości piszczelowej za pomocą czterech sterylnych szpilek entomologicznych o średnicy 0,25 millimeter, mocując szpilki do wiertarki i wiercąc nimi w kości. Orientuj szpilki prostopadle do osi długiej kości piszczelowej i pod kątem 90 stopni względem siebie, pozostawiając co najmniej 10 millimeters odstępu między szpilkami proksymalnymi a dystalnymi.
Przymocuj piny do pierścienia proksymalnego, utrzymując kość piszczelową w centralnej pozycji wewnątrz aluminiowego pierścienia. Umieść drugi pierścień poniżej pinów dystalnych. Przymocuj dwa pręty do pierścienia proksymalnego, a następnie przytwierdź piny do pierścienia za pomocą nakrętek sześciokątnych.
Podobnie jak wcześniej, należy wywołać złamanie poprzeczne poprzez zginanie trójpunktowe przy użyciu odpowiedniego urządzenia. Umieść tylno-boczną powierzchnię kości piszczelowej na blokach. Podnieś ciężarek na określoną wysokość wzdłuż ramienia zrzutowego, a następnie go upuść tak, aby uderzył w przednio-boczną część kości piszczelowej.
Aby wywołać złamanie tępym narzędziem, potwierdź wystąpienie złamania za pomocą zdjęcia rentgenowskiego. Następnie przymocuj ostatni gwintowany pręt ze stali nierdzewnej do pierścieni, zaczynając od końca dystalnego. Wsuń pręt i nakręć nakrętkę na pierścień dystalny, aby go zabezpieczyć.
Następnie na pręt nałóż kolejną nakrętkę w taki sposób, aby pierścień proksymalny znalazł się na górze. Upewnij się, że oba pierścienie są utrzymywane w równych odstępach i nie napierają na piny. Przymocuj pierścień proksymalny do prętów za pomocą trzeciej nakrętki.
Podaj aamaz all w celu odwrócenia znieczulenia oraz buprenorfinę w celu zapewnienia analgezji i monitoruj zwierzęta do czasu, aż odzyskają reaktywność i zdolność poruszania się. Następnie wykonaj podskórne iniekcje buprenorfiny przeciwbólowo, a następnie powtórz dawkę po czterech godzinach w ramach standardowej dystrakcyjnej osteogenezy. Korzystając z tego modelu, zamontuj stabilizatory na kości piszczelowej, wywołaj złamanie i pozostaw zwierzęta bez ingerencji na okres latencji wynoszący pięć dni.
Po pięciu dniach przeprowadź osteogenezę dystrakcyjną, obracając nakrętki na prętach stabilizujących. Obrót o jedną czwartą obrotu codziennie przez siedem dni. Po operacji zwierzęta są ściśle monitorowane pod kątem potrzeby podania dodatkowych leków przeciwbólowych.
Mostkowanie kostne obserwuje się do 10. dnia, a całkowite zrosty do 27. dnia po zakończeniu dystrakcji. Po podaniu znieczulenia, usunięciu owłosienia za pomocą depilatora i oczyszczeniu skóry środkiem antyseptycznym, należy założyć fiksatory zgodnie z wcześniej opisaną procedurą. Umieść mysz pod mikroskopem stereoskopowym, aby uwidocznić przyśrodkową stronę kości piszczelowej, a następnie wykonaj nacięcie o długości od pięciu do siedmiu milimetrów za pomocą skalpela z ostrzem nr 10.
Ostrożnie przetnij i rozsuń mięśnie, aby odsłonić środkową część trzonu kości piszczelowej. Za pomocą ostrza nożyczek powoli wytnij segment kości piszczelowej o długości 3 mm, dbając o to, aby nie przemieścić kości za pomocą dużej siły mechanicznej. Następnie usuń wszelkie pozostałe fragmenty kości za pomocą pęsety.
Po sprawdzeniu miejsca operowanego pod kątem obecności odłamków kostnych, przykryć tępe końce kości piszczelowej otaczającymi je mięśniami. Zamknąć nacięcie skóry za pomocą dwóch do trzech szwów z monofilamentu polimerowego 6.0, a następnie wprowadzić trzeci pręt w celu stabilizacji stabilizatora zewnętrznego. Zgodnie z wcześniejszymi instrukcjami, odwrócić znieczulenie, podać leki przeciwbólowe i kontynuować monitorowanie zwierząt pod kątem występowania bólu.
Jak opisano wcześniej, przy prawidłowym zastosowaniu stabilizatory zewnętrzne zapewniają wysoką sztywność stabilizacji zamkniętego złamania kości piszczelowej z doskonałym repozycjonowaniem, co obrazuje niniejsza radiografia wykonana po złamaniu, gdzie groty strzałek wskazują dobrze wyrównane segmenty kostne. Złamania stabilizowane tą metodą goją się przede wszystkim poprzez kostnienie błonowe, co przedstawiono tutaj przy użyciu barwienia trójbarwnego (trichrome); w stabilizowanym złamaniu widoczna jest nowa tkanka kostna w miejscu złamania. W przeciwieństwie do tego, jeśli złamanie nie zostanie ustabilizowane, w szczelinie złamania tworzy się duży kostnina chrzęstna, która po wytworzeniu zostaje zastąpiona kością w procesie kostnienia chrzęstnego. Technika ta utorowała drogę badaczom z dziedziny ortopedii do zgłębiania mechanizmów stabilnego gojenia złamań u myszy.
Wyświetl pełny transkrypt i uzyskaj dostęp do tysięcy filmów naukowych
Przegląd
Niniejszy artykuł opisuje metodę stabilizacji złamań kości długich z wykorzystaniem zmodyfikowanych zewnętrznych stabilizatorów Ilizarova. Procedura ta umożliwia ocenę gojenia, osteogenezę dystrakcyjną oraz tworzenie stawów rzekomych lub ubytków o rozmiarze krytycznym na potrzeby badań terapeutycznych.
Kluczowe elementy badania
Dziedzina nauki
- Chirurgia ortopedyczna
- Gojenie kości
- Stabilizacja złamań
Wstęp
- Złamania kości długich wymagają skutecznych metod stabilizacji.
- Fixatory Ilizarowa są powszechnie stosowane w zabiegach ortopedycznych.
- Zrozumienie mechanizmów gojenia złamań jest kluczowe dla usprawnienia leczenia.
- Metoda ta umożliwia przeprowadzanie różnorodnych interwencji eksperymentalnych.
Cel badania
- Stworzenie modelu do badania gojenia złamań.
- Ocena technik osteogenezy dystrakcyjnej.
- Badanie interwencji terapeutycznych w przypadku ubytków kostnych.
Zastosowane metody
- Montaż specjalnie zaprojektowanego urządzenia do stabilizacji zewnętrznej.
- Umieszczenie pierścieni i stabilizacja za pomocą sterylnych szpilek entomologicznych.
- Wywołanie złamania lub wykonanie osteotomii kości piszczelowej.
- Wprowadzenie gwintowanego pręta w celu dodatkowej stabilizacji.
Główne wyniki
- Można analizować mechanizmy gojenia złamań.
- Można skutecznie przeprowadzać osteogenezę dystrakcyjną.
- Przeszczepianie kości można badać za pomocą różnych analiz.
- Wyniki można walidować przy użyciu metod rentgenowskich i histologicznych.
Wnioski
- Metoda ta dostarcza wiarygodnego modelu do badań nad gojeniem złamań.
- Umożliwia ona badanie interwencji terapeutycznych.
- Przyszłe badania mogą opierać się na tych wynikach w celu usprawnienia strategii leczenia.
Najczęściej zadawane pytania
Znaczenie dla Przemysłu
Sztywna stabilizacja złamań kości piszczelowej u myszy z użyciem stabilizatorów zewnętrznych umożliwia precyzyjną analizę kostnienia błonowego, osteogenezy dystrakcyjnej oraz gojenia ubytków o rozmiarze krytycznym. Model ten wspomaga ograniczanie ryzyka mechanistycznego i walidację celów dla terapii regeneracji kości poprzez izolowanie konkretnych szlaków naprawczych i kwantyfikację wyników gojenia. Podejście to jest strategicznie ukierunkowane na wczesne odkrywanie i przedkliniczną ocenę bioaktywnych cząsteczek, modyfikacji genetycznych oraz interwencji fizjologicznych w naprawie układu szkieletowego.
Strategiczne zastosowania w badaniach i rozwoju biofarmaceutycznym
Wczesne etapy odkrywania i walidacja celu
- Umożliwia badanie odrębnych mechanizmów gojenia kości w kontrolowanym środowisku mechanicznym.
- Wspiera funkcjonalną walidację celów poprzez porównywanie gojenia w szczepach modyfikowanych genetycznie lub po interwencjach molekularnych.
- Ułatwia redukcję ryzyka mechanistycznego poprzez wyizolowanie kostnienia błonistego od procesów chrzęstno-kostnych.
- Zapewnia ilościowe punkty końcowe dla oceny szlaków naprawy szkieletu w oparciu o postawione hipotezy.
Przesiewy i opracowywanie testów
- Tworzy powtarzalną platformę in vivo do oceny potencjalnych środków terapeutycznych w procesie gojenia kości.
- Standaryzuje stabilizację złamań i ocenę gojenia w celu zapewnienia porównywalności między badaniami.
- Generuje ilościowe wyniki za pomocą analizy rentgenowskiej, histologicznej i molekularnej na potrzeby dalszych etapów procesów przesiewowych.
- Umożliwia skalowalną ocenę czasu interwencji, parametrów stabilizacji oraz wielkości defektu.
Badania translacyjne i przedkliniczne
- Jest zgodne z modelami braku zrostu i defektów o rozmiarze krytycznym, istotnymi w kontekście chorobowym, co umożliwia translacyjne opracowywanie biomarkerów.
- Zapewnia ciągłość procesu od etapu odkrycia po przedkliniczną walidację strategii naprawy kości.
- Dostarcza danych skorygowanych o ryzyko w celu rozwoju kandydatów na terapeutyki ukierunkowane na regenerację szkieletu.
- Ułatwia ocenę zmiennych fizjologicznych i biomechanicznych istotnych dla klinicznego procesu gojenia złamań.
Integracja potoku i przepływu pracy
Ten model stabilizowanego złamania integruje się z kontinuum od etapu odkryć do badań przedklinicznych w zakresie regeneracji kości, umożliwiając testowanie hipotez, walidację celów oraz ocenę translacyjną potencjalnych interwencji.
- Biologia odkrywcza: Analizuje wkład stabilności mechanicznej w procesy gojenia kości oraz odpowiedź terapeutyczną.
- Przesiewy: Dostarcza zestandaryzowane, ilościowe wyniki do przesiewów związków chemicznych lub genetycznych in vivo.
- Analityka: Zapewnia wiarygodne punkty końcowe histologiczne, radiologiczne i molekularne do analizy porównawczej.
- Badania translacyjne: Modeluje klinicznie istotne scenariusze, takie jak brak zrostu i defekty krytyczne, w celu dopasowania biomarkerów.
- Ponowne wykorzystanie w przedsiębiorstwie: Oferuje zwalidowaną, wielokrotnego użytku platformę, którą można dostosować do różnych badań nad regeneracją układu szkieletowego.
Wpływ operacyjny i przedsiębiorczy
- Wartość naukowa: Zwiększa pewność prognostyczną w odniesieniu do celów i mechanizmów gojenia kości.
- Wartość operacyjna: Poprawia powtarzalność i standaryzację w obrębie różnych badań i zespołów.
- Wartość strategiczna: Dostarcza informacji niezbędnych do podejmowania decyzji o kontynuacji lub przerwaniu programów naprawy szkieletu oraz zmniejsza biologiczne ryzyko na późnych etapach.
- Wpływ na portfolio: Wspiera priorytetyzację kandydatów i metod regeneracji kości z uwzględnieniem korekty ryzyka.
Uwagi dotyczące wdrożenia
- Wymaga doświadczenia w zakresie ortopedycznej chirurgii małych zwierząt oraz technik stabilizacji zewnętrznej.
- Wymaga dostępu do infrastruktury obrazowej, histologicznej i analizy molekularnej.
- Konieczna jest rygorystyczna standaryzacja protokołów stabilizacji i oceny pomiędzy zespołami.
- Metoda jest możliwa do dostosowania do różnych tło genetycznych, cząsteczek bioaktywnych i warunków fizjologicznych.
- Ograniczenia obejmują złożoność techniczną oraz konieczność specjalistycznego przeszkolenia chirurgicznego.
