Аксолотль (Ambystoma mexicanum) является важной моделью для регенерации органов, включая хвост, спинной мозг, головной мозг, сердце, жабры и конечности 1,2,3,4,5. Детальные исследования регенерации конечностей аксолотля выявили механизмы дедифференцировки клеток и формирования пула стволовых клеток – бластемы – в месте ампутации. Благодаря способности клеток бластамы реконструировать все отсутствующие части конечностей, включая узорчатый скелет 6,7, аксолотль представляется привлекательным модельным организмом для исследований заживления костей. В последнее время несколько исследований были сосредоточены на биологии костей у аксолотлей, описывая морфологию скелета, клеточный состав и динамику окостенения.
У млекопитающих установлено, что процесс заживления костей в длинных костях происходит путем эндохондрального окостенения и состоит из нескольких стадий: гематома, грануляционная ткань и образование мягкой каллуса, окостенение мозоли в твердую мозоль и тканую кость, а такжеремоделирование кости8. Недавнее исследование показало, что подобные стадии могут наблюдаться при заживлении костей аксолотлей9.
До сих пор переломы аксолотлей изучались в нестабилизированной системе, при которой кость просто разрезается ножницами для иридэктомии. Большие переломы образовались в зеугоподе, где остеотомия выполняется на одной из костей, в то время как другая служит опорой10,11. В отличие от этого, переломы обычно изучаются у млекопитающих, включая крыс и мышей, с использованием надежных систем фиксации, таких как интрамедуллярный штифт и пластины для выравнивания костей, для контроля размера перелома и обеспечения выравнивания костей.
Таким образом, метод направлен на обеспечение стабилизированной и равномерной фиксации бедренной кости аксолотля до остеотомии. Для того, чтобы сделать исследования аксолотлей более сопоставимыми с исследованиями млекопитающих, включая мышей и человека, рассматривали интрамедуллярный штифт12, фиксатор внешней пластины13,14 и внутреннюю костную выравнивающую пластину 15,16,17. Было показано, что последний обеспечивает правильную фиксацию кости и позволяет создать зазор определенного размера с помощью одного или двух разрезов пилой Gigly определенного диаметра. Поскольку аксолотли представляют собой водные личинки Ambystoma mexicanum, внешний фиксатор мог вызвать послеоперационные осложнения из-за открытой раны и контакта с водой. Поскольку у аксолотлей не развиваются вторичные центры окостенения даже на очень поздних стадиях их развития (20 лет и18), и, таким образом, стандартный интрамедуллярный гвоздь, используемый у мышей, не может предотвратить прокол эпифизов, было принято решение применить метод фиксации внутренней пластиной к большим аксолотлям. У крупных аксолотлей размер бедренной кости и степень окостенения напоминают таковые у взрослой мыши, что позволяет проводить среднедиафизарную остеотомию с фиксацией титановой пластиной1.
Размер разрыва во многом определяет динамику заживления и результат. Например, у мышей стабилизированные переломы размером 0,25 мм заживают в основном за счет внутримембранозного окостенения из-за их малых размеров и жесткой стабилизации; перелом 0,7 мм заживает путем эндохондрального окостенения, с образованием хрящевой мозоли вокруг перелома; Большие дефекты, такие как дефекты критического размера 3,5 мм, не заживают полностью и поэтому используются для моделирования несращения перелома кости16. В этом исследовании был разработан протокол фиксации пластины бедренной кости аксолотля до остеотомии на примере разрыва 0,7 мм с конечной целью сравнения заживления кости аксолотля с заживлением кости умыши9.
После остеотомии переломы подверглись процессу эндохондрального окостенения, хотя и медленнее, чем у мышей, возможно, из-за водного образа жизни аксолотлей и более медленной скорости деления клеток. В представленном здесь методе показана остеотомия с зазором 0,7 мм с жесткой фиксацией пластины; Однако потенциально возможны другие размеры зазоров и полугибкие фиксаторы, а также пластины из разных материалов. В целом, представленный здесь метод может быть использован для стандартизированной фиксации кости и будет полезен для исследований, сравнивающих регенерацию конечностей аксолотлей с заживлением кости или изучения заживления костей у аксолотлей в различных условиях для обеспечения стандартизированной фиксации переломов.