Модель мышиных закрытых переломов бедренной кости является мощную платформу для изучения заживление перелома и роман терапевтических стратегий для ускорения регенерации костной ткани. Цель этого хирургического протокола является сформировать односторонних закрытых переломов бедренной мышей с использованием Интрамедуллярные стальной стержень для стабилизации бедренной кости.
Для просмотра этого контента требуется подписка на JoVE. Войдите или начните свой бесплатный пробный период.
Методическая статья
Поколение закрытых переломов бедренной мышей: модель для изучения кости Исцеление
В этой статье
Краткое содержание
Аннотация
Переломы костей накладывают огромное социально экономическое бремя на пациентов, в дополнение к значительно влияющих на качество их жизни. Терапевтические стратегии, которые способствуют эффективной кости Исцеление несуществующих и пользуется большим спросом. Эффективное и воспроизводимые животных моделей Переломы исцеление необходимы для понимания сложные биологические процессы, связанные с костной регенерации. Многие животные модели заживление перелома были созданы за годы; Однако мышиных перелом модели недавно превратились в мощные инструменты для изучения кости Исцеление. Разработан целый ряд открытых и закрытых моделей, но закрытых переломов бедренной модель выделяется как простой метод для создания быстрого и воспроизводимые результаты физиологически соответствующим образом. Цель этого хирургического протокола является генерировать односторонних закрытых переломов бедренной мышей и способствовать стабилизации после переломов бедренной кости, вставив Интрамедуллярные стальной стержень. Хотя устройства, такие как гвоздя или шурупа предлагают большей осевой и вращения стабильности, использование стержня Интрамедуллярные обеспечивает достаточно стабилизации для последовательного исцеления результатов без производства новых дефектов в костной ткани или повреждения близлежащих мягкая ткани. Радиографические изображения используется для отслеживания прогрессирования каллуса формирования, костлявая союза и последующих Ремоделирование костной каллуса. Кость заживление результаты обычно связаны с силой исцеления кости и измеряется с торсионной тестирования. Тем не менее понимание ранней клеточном и молекулярном события, связанные с перелом ремонт имеет решающее значение в исследовании регенерации костной ткани. Закрытых переломов бедренной модели мышей с креплением Интрамедуллярные служит привлекательной платформой для изучения заживление перелома костей и оценки терапевтических стратегий для ускорения заживления.
Введение
Переломы относятся к числу наиболее распространенных травмы, нарушения опорно-двигательного аппарата и связаны с огромным социально-экономическое бремя, включая расходы на лечение, которые, согласно прогнозам, превысит 25 миллиардов долларов ежегодно в Соединенных Штатах1, 2. Хотя большинство Переломы заживают без инцидентов, исцеление ассоциируется с существенной простоев и потери продуктивности. Приблизительно 5-10% от всех переломов привести к задержки исцеления или не входящих в союз, из-за возраста или других основных хронических заболеваний, например, остеопороз и сахарный диабет3,4,5. Не FDA утвержденных фармакологических препаратов в настоящее время доступны для содействия эффективной кости Исцеление и сократить время восстановления.
Заживление перелома-это сложный и весьма динамичный процесс, предусматривающий координацию нескольких типов клеток. Следовательно полное понимание клеточном и молекулярном событий, связанных с костной регенерации имеет решающее значение для идентификации терапевтических целей, которые ускоряют этот процесс. Как с другими заболеваний человека, создание очень поддаются и воспроизводимые модели животных имеет решающее значение в исследовании заживления кости. Крупные животные, такие как овец и свиней, костного ремоделирования свойства и биомеханики, похожи на людей, но дорого, требуют значительного времени исцеления и не легко поддаются генетические манипуляции6. С другой стороны малые животные модели, как крыс и мышей, предлагают много преимуществ, включая простоту обработки, низкие затраты на техническое обслуживание, короткие разведения циклы и короче исцеление время7. Кроме того в геноме мыши полностью виртуализированных, позволяя для быстрой манипуляции и поколение генетических вариантов. Таким образом мышь является мощной модели системы для изучения человека заболевания, травмы и ремонт8. В организме человека сопутствующих заболеваний, как сахарный диабет и остеопороз повышают вероятность задержки исцеления. Количество существующих моделей мыши доступны для изучения последствий сопутствующих заболеваний, таких как сахарный диабет и остеопороз костей травмы и исцеления. Пациентов, страдающих от остеопороза у заметно снижение костной формирование на более поздних этапах перелом исцеление9. Ovariectomized (OVX) мышах exhibit быстрый костной потери и задержки кости Исцеление близка к соотношению в постменопаузальный остеопороз10,11. Кроме того многие модели мыши типа I и типа II диабета имитировать низкой костной массы фенотипы и заживление перелома зрением, видел в людях11. Кроме того мышиных перелом модели служат универсальная платформа для изучения сложных биологических процессов, происходящих в каллуса и исследовать новые терапевтические стратегии, которые ускоряют регенерацию костной ткани.
Несмотря на различия в структуре костей и метаболизма, общего процесса перелом кости Исцеление остается очень похож на мышей и людей, включая сочетание endochondral и intramembranous оссификации, следуют костного ремоделирования. Endochondral окостенение включает в себя набор прогениторных клеток менее механически стабильных регионов, окружающих перелом разрыв, где они дифференцируют в хрящевые клетки, гипертрофия и минерализации хряща для производства мягких мозолей. Вторая волна прогениторных клеток проникнуть каллуса и дифференцироваться в зрелых остеобластов, которые выделяют новые кости матрица12,13,14,15. Во время intramembranous оссификации прародителей на периостальной и endosteal поверхностях непосредственно дифференцироваться в матрицу, секретирующих остеобластов и облегчить преодоление перелом разрыв9,11,12 ,13. Вместе endochondral и intramembranous ossifications привести к разработке жестких мозолей, который далее перестроенный со временем сформировать сильный вторичных кости, поддерживающие механические нагрузки13,14 ,15. В здоровых людей процесс выздоровления занимает около 3 месяцев, по сравнению с лишь 35 дней в мышей16.
Заживление перелома обычно изучено с помощью либо открытые или закрытые хирургические модели17. Открытые хирургические подходы, такие как поколение критически размера дефекта или завершить остеотомия, стандартизировать травмы местоположения и геометрии для уменьшения отклонений, вызванных измельчённого переломов. Остеотомия служат прекрасной моделью для изучения базового механизма за-союз, потому что исцеление часто задерживается по сравнению с закрытых переломов. Кроме того жесткой внешней фиксации необходим для стабилизации osteotomized кости, что означает, что восстановление будет зависеть прежде всего от intramembranous окостенения. Открытые хирургические подходы использовать устройства, такие как замок ногти, ПИН клипы и фиксирующие пластины для предоставления осевой и вращения стабильности переломом конечностей; Однако такие устройства являются дорогостоящими и требуют значительно больше времени в хирургии18,19,,2021. С другой стороны закрытые модели стабилизированы с простой Интрамедуллярные фиксатор, позволяя достаточно нестабильности для стимулирования endochondral исцеления. В результате закрытый перелом модели не легко имитировать условия-союз. Внутренней фиксации методы, такие как Интрамедуллярные штифты, гвозди и винты сжатия, выгодны, поскольку они являются дешевой и простой в использовании и свести к минимуму время в хирургии21,,2223. В некоторых случаях Интрамедуллярные штифты вставляются до перелома, но изгиб Интрамедуллярные pin может привести к поворота или перемещения перелом бедренной кости, способствуя размер переменной каллуса и исцеления. Перелом местоположения и геометрии являются более трудно стандартизировать в закрытых модели, как они создаются с помощью 3 точка изгиба устройства, которой вес упал на диафиза. Однако с правильной техники, этот хирургический подход предлагает быстрое и последовательные результаты. Кроме того модель закрытых переломов служит клинически значимых инструмент для изучения переломов, вызванных высокой силы удара или механическому22.
Этот хирургический протокол был адаптирован от ранее описанных методов, с помощью закрепления Интрамедуллярные стабилизировать переломом бедра у крыс и мышей22,24,25. Во-первых Интрамедуллярные иглы малого диаметра вставляется через паз intracondylar, чтобы установить точку входа, и проволочного вводится до создания поперечный перелом в бедренной midshaft, с помощью гравитации зависимых три point приспособление для гибки. После успешного создания закрытый перелом бедренной Интрамедуллярные стержень большего диаметра включена через проволочный направитель для стабилизации перелом бедренной кости. Этот метод позволяет избежать риска задержки исцеления, вызванные углы Интрамедуллярные ПИН во время разрушения, как размещение после переломов стержня позволяет пересмотр и оптимизированный стабилизации потерпевшего бедренной кости.
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Протокол
Следующая процедура была выполнена с одобрения от Индиана университета Школа медицины институциональных животных ухода и использования Комитет (IACUC). Все операции выживания были выполнены в стерильных условиях, изложенные в руководящих принципах NIH. Боль и риск инфекций управлялись с надлежащей анальгетиков и антибиотики, чтобы обеспечить успешный исход.
1. анестезия и подготовка
- Весят мыши и анестезировать его с смесь кетамин (100 мг/кг) и ксилазина (10 мг/кг) осуществляется через внутрибрюшинного маршрут (и.п.). Поместите указатель мыши в пустой клетке и контролировать его, до тех пор, пока он полностью находится под наркозом.
- Убедитесь, что мышь является седативных препаратов с помощью ног щепотку рефлекс. Применить глазная мазь для его глаза, чтобы защитить их от высыхания.
- Удаление мех из правой конечности. Протрите хирургической сайта с йод-скраб и 70% этанол. Скраб для хирургической сайта начиная в центре колено и сделать круговой развертки наружу. Повторите этот 3 x с свежими скрабы, заканчивая 70% этиловом спирте.
- Администрировать подкожно предоперационной доза бупренорфина гидрохлорида анальгезию (0,03 мг/кг) для управления непосредственных послеоперационные боли.
- Поместите курсор мыши на грелку, охватываемых стерильные хирургические площадку.
2. хирургический подход
Примечание: До разрушения, вес и высота падения должна быть эмпирически определяется для конкретного штамма, возраст и пол мышей до операции. Эта хирургическая процедура оптимизирована для C57BJ6 мышей-самцов в возрасте 10 недель.
- Поместите курсор мыши на его спине и flex колено постановляющей части ноги. С помощью лезвие скальпеля, сделайте разрез 1,5 см по центру над коленного сустава.
- Боков смещение коленной чашечки, используя пинцет подвергать дистального конца бедренной кости. Вставьте иглу подкожных долго 25-нержавеющая сталь 1,5 - в центре trochlear паза, вниз по длине мозгового канала в духе ретроградным и через проксимальный конец бедренной кости. Возьмите X-ray для обеспечения правильного размещения штифта.
Примечание: Игла должна выйти из спинной стороне мыши, чтобы создать путь для проволочного проводника. - Передайте проволочного проводника длиной 36-калибруйте вольфрама 4 - в через вал иглы, вход через хаб в дистальной бедренной кости и выход скос на спинной стороне мыши.
- После успешного размещения проволочного проводника осторожно удалите 25-иглы, осторожно потянув на концентраторе удерживая конечности и проволочного проводника на месте. Подтверждение размещения проволочного проводника, рентген.
- Провести 391 g вес с высоты 34,6 см выше воздействия диска (рис. 1A). Положение бедра горизонтально через два опорных пунктов, что в intertrochanteric и supracondylar районах бедренной кости на поддержку наковальни (рис. 1B) и боковой протезно сталкивается с погрузки (Рисунок 1 c ). Падение веса и тщательно удалить мыши из устройства сразу же после перелома.
- Подтвердите местоположение, перелом, рентген.
- Вставьте подкожные трубки 24-го калибра из нержавеющей стали над проволочного проводника для стабилизации перелом бедренной кости.
Примечание: Это применение может потребовать некоторых сил, как точка входа был создан с помощью иглы меньшего диаметра. Эта разница в диаметре эффективно предотвращает потенциал миграции 24-калибруйте стержня через проксимальный конец бедренной кости. Глубина вставки может ощущаться вручную как тупые труб встречает кортикальной кости более вертела. - Подтвердите позицию стальной стержень и стабилизации перелом бедренной кости, рентгеновские перед удалением проволочного проводника.
- Отрежьте избыток труб на дистальном конце бедра с помощью кусачки. Похоронить подвергаются трубы под поверхности мыщелков, используя пинцет нежный вниз силы, стараясь не вывихнуть коленного сустава.
- Изменение положения надколенника, используя пинцет. Закройте сайт разрез с рассасывающиеся шовные 5-0.
3. послеоперационное управление
- После операции мышей может быть введено с до 500 мкл стерильным физиологическим через и.п. маршрут для оказания им помощи в их послеоперационного восстановления.
- Мониторинг животных на кровати с подогревом восстановления до тех пор, пока они пробуждают от хирургии. После того, как амбулаторного, вернуть их к их клетке.
- Продолжать внимательно следить за мышей в течение нескольких дней после операции, чтобы они должным образом исцеления и восстановить подвижность. Администрировать бупренорфина гидрохлорида анальгезию (0,03 мг/кг) подкожно каждые 6 ч в течение 3 дней после операции и по мере необходимости впоследствии. Избегайте использования нестероидных противовоспалительных препаратов (НПВП), как они показали бы нарушить Кость заживление после операции.
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Результаты
Успешное осуществление хирургической процедуры контролируется с радиографические изображения. Ключевые шаги включают в себя вставки иглы Интрамедуллярные, размещение проволочный направитель, индукции поперечный перелом бедренной кости midshaft, и надлежащего стабилизации с Интрамедуллярные стержня (рис. 2Aя - 2Aiv). Исцеление прогрессирование перелом каллуса контролировался с загрузок радиографические изображения до до 28 дне...
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Обсуждение
Цель этой хирургической процедуры — для создания стандартизированных закрытых переломов бедренной мышей. Основным преимуществом этой модели является, что внутренняя фиксация происходит после поколения перелом, тем самым избегая углы Интрамедуллярные стержня. Возможно наиболее важным аспектом данного протокола является поколения стандартизированных поперечный перелом в бедренной midshaft, как перелом геометрия зависит от применяемых гибки силы и позиционирования задних конечностей. Неправильное расположение бедра во время...
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Раскрытие информации
Авторы этой рукописи имеют ничего не разглашать. Авторы далее заявляют, что есть никаких ограничений на полный доступ ко всем материалам, используемые в исследовании, сообщили в этой рукописи.
Благодарности
Эта работа была поддержана от грантов от министерства обороны (DoD) нас армия медицинских исследований и техники команды (USAMRMC) Конгрессом направлено медицинских исследований программы (CDMRP) (PR121604) и национальных институтов артрита Musculoskeletal и кожных заболеваний (NIAMS), AR068332 низ R01 до ума Sankar.
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Материалы
| Имя | Компания | Каталожный номер | Комментарии |
|---|---|---|---|
| Oster Minimax Триммер | Animal World Network | 78049-100 | |
| ПОВИДОН-ЙОД | Thermo Fisher Scientific | 395516 | |
| ОФТАЛЬМОЛОГИЧЕСКАЯ мазь | Thermo Fisher Scientific | NC0490117 | |
| Styker T/Pump Рециркулятор теплой воды | Kent Scientific Corporation | TP-700 | |
| 1мл Sub-Q Шприц | Thermo Fisher Scientific | ||
| ENCORE Sensi-Touch PF | Moore Medical LLC | 30347 | Латекс, неопудренная хирургическая перчатка |
| PrecisionGlide 25G Иглы для подкожных инъекций | Thermo Fisher Scientific | 14-826-49 | |
| Сверхвысокотемпературная вольфрамовая проволока, | McMaster-Carr | 3775K37 | 0,005 дюйма Диаметр, катушка 1/16 фунта, длина 380 футов |
| 304 нержавеющая сталь, тонкостенная трубка 24G | Microgroup Inc | 304h24tw-5ft | |
| #15 Лезвия скальпеля | Fine Science Tools | 10015-00 | |
| #10 Лезвия скальпеля | Fine Science Tools | 10010-00 | |
| Узкие щипцы | Fine Science Tools | 11002-12 | Зубчатые / прямые / 12 см |
| щипцы для радужной оболочки | глаза Fine Science Tools | 11066-07 | 1x2 зубья / прямые / 7 см |
| Диссекторальные ножницы | Fine Science Tools | 14081-09 | Slim Blades/Наклоненные в сторону/Острые-Острые/10 см |
| Тонкие ножницы | Fine Science Tools | 14058-11 | ToughCut/Straight/Sharp-Sharp/11,5 см |
| Иглодержатель Olsen-Hegar со шовным резаком | Fine Science Tools | 12002-12 | Прямые/зубчатые/12 см/с замком |
| Crile Hemostat | Fine Science Tools | 13004-14 | Зубчатый/прямой/14-сантиметровый |
| вольфрамовый кусачок | ACE Surgical Supply Co., Inc. | 08-051-90 | ACE #150 Кусачки, наконечники из карбида вольфрама |
| 3-0 ВИКРИЛ Шовный материал | Ethicon Шовный материал | J423H | 3-0 ВИКРИЛ НЕОКРАШЕННЫЙ 27" FS-2 РЕЗКА |
| piXarray 100 Цифровая система рентгенографии | образцов Bioptics, Inc | Кабинет рентгеновской системы | |
| Einhorn 3-точечное гибочное устройство | Н/Д Н/ | Д | Изготовлено по индивидуальному заказу |
Ссылки
- Schnell, S., Friedman, S. M., Mendelson, D. A., Bingham, K. W., Kates, S. L. The 1-Year Mortality of Patients Treated in a Hip Fracture Program for Elders. Geriatric Orthopaedic Surgery & Rehabilitation. 1 (1), 6-14 (2010).
- Burge, R., et al. Incidence and economic burden of osteoporosis-related fractures in the United States, 2005-2025. Journal of Bone and Mineral Research. 22 (3), 465-475 (2007).
- Cunningham, B. P., Brazina, S., Morshed, S., Miclau, T. III Fracture healing: A review of clinical, imaging and laboratory diagnostic options. Injury. 48, S69-S75 (2017).
- Einhorn, T. A. Can an anti-fracture agent heal fractures? Clinical Cases in Mineral and Bone Metabolism. 7 (1), 11-14 (2010).
- Hak, D. J., et al. Delayed union and nonunions: epidemiology, clinical issues, and financial aspects. Injury. 45, Suppl 2. S3-S7 (2014).
- Decker, S., Reifenrath, J., Omar, M., Krettek, C., Muller, C. W. Non-osteotomy and osteotomy large animal fracture models in orthopedic trauma research. Orthopaedic Reviews (Pavia). 6 (4), 5575(2014).
- Histing, T., et al. Small animal bone healing models: standards, tips, and pitfalls results of a consensus meeting. Bone. 49 (4), 591-599 (2011).
- Jacenko, O., Olsen, B. R. Transgenic mouse models in studies of skeletal disorders. Journal of Rheumatology Supplement. 43, 39-41 (1995).
- Nikolaou, V. S., Efstathopoulos, N., Kontakis, G., Kanakaris, N. K., Giannoudis, P. V. The influence of osteoporosis in femoral fracture healing time. Injury. 40 (6), 663-668 (2009).
- Bain, S. D., Bailey, M. C., Celino, D. L., Lantry, M. M., Edwards, M. W. High-dose estrogen inhibits bone resorption and stimulates bone formation in the ovariectomized mouse. Journal of Bone and Mineral Research. 8 (4), 435-442 (1993).
- Haffner-Luntzer, M., Kovtun, A., Rapp, A. E., Ignatius, A. Mouse Models in Bone Fracture Healing Research. Current Molecular Biology Reports. 2 (2), 101-111 (2016).
- Einhorn, T. A., Gerstenfeld, L. C. Fracture healing: mechanisms and interventions. Nature Reviews in Rheumatology. 11 (1), 45-54 (2015).
- Schindeler, A., McDonald, M. M., Bokko, P., Little, D. G. Bone remodeling during fracture repair: The cellular picture. Seminar in Cellular and Developmental Biology. 19 (5), 459-466 (2008).
- Ai-Aql, Z. S., Alagl, A. S., Graves, D. T., Gerstenfeld, L. C., Einhorn, T. A. Molecular mechanisms controlling bone formation during fracture healing and distraction osteogenesis. Journal of Dental Research. 87 (2), 107-118 (2008).
- Gerstenfeld, L. C., et al. Three-dimensional Reconstruction of Fracture Callus Morphogenesis. Journal of Histochemistry & Cytochemistry. 54 (11), 1215-1228 (2006).
- Marsell, R., Einhorn, T. A. Emerging bone healing therapies. Journal of Orthopaedic Trauma. 24, Suppl 1. S4-S8 (2010).
- Lybrand, K., Bragdon, B., Gerstenfeld, L. Mouse models of bone healing: fracture, marrow ablation, and distraction osteogenesis. Current Protocols of Mouse Biology. 5 (1), 35-49 (2015).
- Garcia, P., et al. The LockingMouseNail--a new implant for standardized stable osteosynthesis in mice. Journal of Surgical Research. 169 (2), 220-226 (2011).
- Histing, T., et al. An internal locking plate to study intramembranous bone healing in a mouse femur fracture model. Journal of Orthopaedic Research. 28 (3), 397-402 (2010).
- Garcia, P., et al. A new technique for internal fixation of femoral fractures in mice: impact of stability on fracture healing. Journal of Biomechistry. 41 (8), 1689-1696 (2008).
- Holstein, J. H., et al. Advances in the establishment of defined mouse models for the study of fracture healing and bone regeneration. Journal of Orthopaedic Trauma. 23 (5 Suppl), S31-S38 (2009).
- Bonnarens, F., Einhorn, T. A. Production of a standard closed fracture in laboratory animal bone. Journal of Orthopaedic Research. 2 (1), 97-101 (1984).
- Holstein, J. H., Menger, M. D., Culemann, U., Meier, C., Pohlemann, T. Development of a locking femur nail for mice. Journal of Biomechistry. 40 (1), 215-219 (2007).
- McBride-Gagyi, S. H., McKenzie, J. A., Buettmann, E. G., Gardner, M. J., Silva, M. J. Bmp2 conditional knockout in osteoblasts and endothelial cells does not impair bone formation after injury or mechanical loading in adult mice. Bone. 81, 533-543 (2015).
- Williams, J. N., et al. Inhibition of CaMKK2 Enhances Fracture Healing by Stimulating Indian Hedgehog Signaling and Accelerating Endochondral Ossification. Journal of Bone and Mineral Research. , (2018).
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Перепечатки и разрешения
