Общий выбор крыс в качестве подопытных обусловлен тем, что их легко разводить и они относительно недороги по сравнению с более крупными животными моделями. Появление новых процедур, таких как надежное воспроизведение расстройства, например, остеопороза или диабета, делает эту модель особенно полезной для анализа потенциального использования методов лечения и/или влияния заболевания на биологическую реакцию на лекарства и хирургические устройстваили процедуры.
Набор костной массы у крысы происходит в основном в течение первых 6 месяцев жизни, хотя некоторые исследователи считают, что длинная кость постоянно растет в течение как минимум года с постепеннымувеличением длины. С возрастом происходит переход от моделирования к ремоделированию, который происходит не во всех случаях одинаково по всемкостям2. Самки крыс Sprague Dawley растут медленнее, чем самцы крыс, и достигают более низкого пика веса, чем самцы крыс1. Непрерывное удлинение кости и разнообразная динамика ремоделирования кости у крыс являются факторами, которые необходимо учитывать при решении проблем со здоровьем человека; Тем не менее, до сих пор не удалось найти ни одного экспериментального исследования, которое показало бы либо пожизненное развитие костей крыс, либо неспособность вида к ремоделированиюкостей. Если эксперименты начинаются в возрасте около 10 месяцев, то из-за этого продольного роста кости следует оставить нетронутым отступ не менее 1 мм от ростовой пластинки большеберцовой кости, что следует учитыватьпри исследованиях зубных имплантатов. Гормоны также являются ключевым параметром в исследованиях костей, поскольку в возрасте 8 месяцев было обнаружено, что самцы крыс имеют на 22% большую ширину кости и на 33% большую прочность на разрыв, чем самки в большеберцовой кости3.
Таким образом, надежное воспроизведение заболевания очень важно в ортопедии и имплантологии, поскольку остеоинтеграция ортопедического винта или зубного имплантата является сложным процессом, который зависит от множества факторов, влияющих на системную реакцию на имплантацию устройства в кость. Известно, что системные заболевания, такие как остеопороз и диабет, влияют на успешность в ортопедии и имплантологии, поэтому надежное воспроизведение этих заболеваний на крысах может быть применено для изучения способов преодоления этих ограничений.
Большеберцовая кость крысы, благодаря легкому хирургическому доступу, умеренному объему кости и плоской форме медиальной пластины, делает ее пригодной для хирургических экспериментов по имплантации кости 4,5, и она использовалась в многочисленных исследованиях, изучающих влияние поверхности имплантата на остеоинтеграцию 4,5,6. Все большее число исследований оценивают влияние на остеоинтеграцию покрытий и веществ, добавляемых на поверхность имплантата, как у здоровых животных7, так и у животных с ослабленным здоровьем, страдающих диабетом или остеопорозом 8,9,10,11,12,13,14.
Количество имплантационных устройств, размещаемых в большеберцовой кости одной крысы, ограничено и может отличаться в зависимости от типа исследования. В зависимости от количества имплантатов или условий исследования, размеры устройств должны быть адаптированы таким образом, чтобы свести к минимуму хирургическую травматичность. В исследованиях с одним имплантатом может быть установлен имплантат размером почти с человека (2,0 мм в диаметре и от 4 до 5 мм в длину), а бикортикальная фиксация можетбыть достигнута 6,7,15,16. Размеры имплантатов в протоколах с несколькими имплантатами должны соответствовать размеру имплантата (1,5 мм в диаметре и 2,5 мм в длину)4,17.
Целью настоящего исследования является описание стандартизированного хирургического протокола установки титанового имплантата на большеберцовую кость двух моделей крыс: модели остеопороза и модели крысы с диабетом. Кроме того, данное исследование позволяет апробировать хирургический протокол для оценки различных типов биофункционализации поверхности имплантата и ее влияния на остеоинтеграцию.
Выборка из 80 крыс была разделена на две группы. В 1-ю группу были отобраны 40 овариэктомированных самок Sprague Dawley и 5 фиктивных животных со средним весом 484 г и средним возрастом 12 недель. Основываясь на рекомендациях поставщиков (см. Таблицу материалов), через три месяца после стерилизации эксперимент начался. Этот период ожидания обеспечил исчезновение половых гормонов. Остеопороз был подтвержден во время операции на основании анализа костей с помощью микрокомпьютерной томографии (микрокомпьютерной томографии), который показал потерю костной массы в среднем на 20% по сравнению с фиктивной группой. Группа 2 состояла из 40 генетически модифицированных крыс породы Sprague Dawley с сахарным диабетом II типа BBDR (Bio Breeding Diabetes Resistant). Средний вес составил 730 г, а средний возраст — 12 недель. Перед операцией диабетический статус был подтвержден тремя последовательными днями измерений уровня глюкозы с результатами выше 200 мг/дл. Глюкозу измеряли глюкометром через 6 ч натощак, а каплю крови собирали путем прокола хвоста.
Использовались титановые имплантаты Grade 3 размером 2 мм в длину и 1,8 мм в диаметре. Все имплантаты были стерилизованы в чистых помещениях путем ультразвуковой очистки в циклогексане (3 раза в течение 2 минут), ацетоне (один раз в течение 1 минуты), деионизированной воде (3 раза в течение 2 минут), этаноле (3 раза в течение 2 минут) и ацетоне (3 раза в течение 2 минут) с использованием ультразвуковой ванны (230 В переменного тока, 50/60 Гц, 360 Вт). Затем образцы высушивали газообразным азотом, и азотный пучок при давлении 0,5 бар подавался непосредственно на образцы. Перед имплантацией имплантаты сначала замачивали в деионизированной воде, а затем погружали в 70% этанол (v/v) на 10 минут. После этого имплантаты были перенесены в стерильные микроцентрифужные пробирки и содержались в стерильных условиях до операции.