Создание жестко стабилизированных Переломы для оценки Intramembranous окостенения, отвлечение остеогенез, или исцеление критических дефектов Sized
11 апреля 2012 г.
В этой статье описывается метод для стабилизации переломов длинных трубчатых костей, которые основаны на применении модифицированного Илизарова фиксаторов внешних 1-3. После применения фиксаторов и создание костной травмы, лечение может быть оценено, отвлечение остеогенез может быть выполнена, или не состоящих в профсоюзе или критических размеров дефекта могут быть созданы и используются для изучения терапевтических вмешательств.
Общая цель данной процедуры — создание модели большеберцовой кости с внешним фиксатором, которая может быть использована для анализа заживления стабилизированного перелома, дистракции, остеогенеза и заживления сегментарного дефекта. Сначала кольца фиксатора позиционируют и удерживают на месте, вводя стерильные энтомологические булавки в проксимальный и дистальный отделы большеберцовой кости, после чего кольца закрепляют на этих булавках. Затем в средней части диафиза большеберцовой кости создают перелом или проводят остеотомию. На заключительном этапе процедуры вставляют третью резьбовую шпильку для полной стабилизации проксимального и дистального колец.
В конечном итоге с помощью рентгенологического, гистологического и молекулярного анализов можно получить результаты, демонстрирующие механизмы заживления переломов, дистракции, остеогенеза и приживления костного трансплантата. Процедуру демонстрируют ведущие исследователи, доктор Дайан (Dr.Diane) и Y Yuu, а также постдокторант доктор Челси Бэни (Dr.Chelsea Baney) из Университета Калифорнии в Сан-Франциско, Главного госпиталя Сан-Франциско, лаборатории регенерации скелета Института ортопедической травматологии. Начните со сборки специально разработанного аппарата внешней фиксации.
Фиксирующие рамы состоят из двух алюминиевых колец, стабилизированных тремя резьбовыми стержнями из нержавеющей стали, восемью шестигранными гайками и 17 соответствующими болтами. На каждый перелом требуется два алюминиевых кольца; в проксимальном кольце необходимо неплотно закрутить четыре шестигранные гайки и соответствующие болты в подходящие отверстия. В дистальном кольце аналогично закрутите четыре гайки и болта, не затягивая их полностью, затем вставьте два длинных резьбовых стержня, которые будут стабилизировать фиксатор, в отверстия, расположенные на 12 и 6 часах, и закрепите их двумя шестигранными гайками.
Проведите анестезию мыши соответствующего возраста и пола путем внутрибрюшинного введения кетамина и мидазолама. Подтвердите наступление полной анестезии с помощью теста на щипковый рефлекс стопы. После удаления шерсти и обработки антисептиком нанесите глазной лубрикант, затем поместите мышь на грелку на все оставшееся время процедуры.
Наденьте проксимальное кольцо на конечность гайками в дистальном направлении и переместите кольцо выше коленного сустава. Зафиксируйте проксимальный и дистальный метафизы левой большеберцовой кости с помощью четырех стерильных энтомологических булавок диаметром 0.25 мм, закрепив булавки в дрели и просверлив ими кость. Расположите булавки перпендикулярно продольной оси большеберцовой кости и под углом 90 градусов друг к другу, оставляя расстояние не менее 10 мм между проксимальными и дистальными булавками.
Закрепите штифты на проксимальном кольце, удерживая большеберцовую кость по центру алюминиевого кольца. Расположите второе кольцо ниже дистальных штифтов. Прикрепите две стержневые направляющие к проксимальному кольцу, а затем зафиксируйте штифты в кольце с помощью шестигранных гаек.
Как и прежде, создайте поперечный перелом методом трехточечного изгиба с использованием подходящего устройства. Положите заднелатеральную поверхность большеберцовой кости на опорные блоки. Поднимите груз на заданную высоту вдоль направляющей и отпустите его так, чтобы он ударил по антеролатеральной поверхности большеберцовой кости.
Для создания тупого перелома подтвердите наличие перелома с помощью рентгенографии. Затем прикрепите последний резьбовой стержень из нержавеющей стали к кольцам, начиная с дистального конца. Вставьте стержень и накрутите гайку на дистальное кольцо для его фиксации.
Затем наденьте на стержень еще одну гайку так, чтобы проксимальное кольцо оказалось сверху. Убедитесь, что оба кольца зафиксированы на равном расстоянии друг от друга и не оказывают избыточного давления на штифты. Закрепите проксимальное кольцо на стержнях с помощью третьей гайки.
Введите амазотион для вывода из наркоза и бупренорфин для обезболивания, затем наблюдайте за животными до восстановления их реактивности и способности передвигаться. Далее введите бупренорфин подкожно для обезболивания, и повторно через четыре часа, следуя протоколу стандартного дистракционного остеогенеза. Используя данную модель, установите фиксаторы на большеберцовую кость, создайте перелом и оставьте их без вмешательства на латентный период продолжительностью пять дней.
Через пять дней проведите дистракционный остеогенез, поворачивая гайки на стабилизирующих стержнях. Поворачивайте на одну четверть оборота ежедневно в течение семи дней. В послеоперационный период за животными ведется тщательное наблюдение для определения необходимости дополнительного обезболивания.
Костное мостикообразование наблюдается к 10-му дню, а полная консолидация — к 27-му дню после завершения дистракции. После введения анестетика, удаления волос с помощью депилятора и обработки кожи антисептиком установите фиксаторы, как было описано ранее. Поместите мышь под диссекционный микроскоп для визуализации медиальной поверхности большеберцовой кости, затем сделайте разрез длиной от пяти до семи миллиметров скальпелем с лезвием №10.
Осторожно рассеките и раздвиньте мышцы, чтобы обнажить середину диафиза большеберцовой кости. Используя кончик ножниц, медленно отсеките сегмент большеберцовой кости длиной 3 mm, стараясь не смещать кость сильным механическим воздействием. Затем удалите все оставшиеся фрагменты кости с помощью пинцета.
После осмотра операционного поля на наличие костных фрагментов верните мышцы на место вокруг затупленных концов большеберцовой кости. Ушейте разрез кожи двумя или тремя швами из полимонофиламента 6.0, затем вставьте третий стержень для стабилизации внешнего фиксатора. Как было показано ранее, проведите реверсию анестезии, введите анальгетики и продолжайте наблюдать за животными на предмет возникновения болевого синдрома.
Как было описано ранее, при правильном применении внешние фиксаторы обеспечивают высокую жесткую стабильность закрытого перелома большеберцовой кости с отличным репозиционным результатом, что видно на данной рентгенограмме, сделанной после перелома: наконечник стрелки указывает на правильно выровненные костные сегменты. Переломы, стабилизированные этим методом, заживают преимущественно путем внутримембранного окостенения, что показано здесь при окрашивании трихромом; на стабилизированном переломе в месте разлома видна новая костная ткань. Напротив, если перелом не стабилизирован, в зазоре перелома формируется крупная хрящевая мозоль, которая после своего развития замещается костью в процессе энхондрального окостенения. Эта методика открыла исследователям в области ортопедии путь к изучению механизмов стабильного заживления переломов у мышей.
Просмотрите полный транскрипт и получите доступ к тысячам научных видео
Обзор
В данной статье описывается метод стабилизации переломов трубчатых костей с использованием модифицированных внешних фиксаторов Илизарова. Процедура позволяет оценивать процесс заживления, проводить дистракционный остеогенез, а также создавать ложные суставы или критические дефекты для терапевтических исследований.
Основные компоненты исследования
Область науки
- Ортопедическая хирургия
- Заживление костей
- Стабилизация переломов
Теоретические сведения
- Переломы длинных трубчатых костей требуют эффективных методов стабилизации.
- Аппараты Илизарова широко применяются в ортопедических операциях.
- Понимание механизмов заживления переломов имеет решающее значение для совершенствования лечения.
- Данный метод позволяет проводить различные экспериментальные вмешательства.
Цель исследования
- Создание модели для изучения заживления переломов.
- Оценка методов дистракционного остеогенеза.
- Исследование терапевтических методов лечения костных дефектов.
Используемые методы
- Сборка аппарата внешней фиксации индивидуального дизайна.
- Размещение колец и стабилизация с помощью стерильных энтомологических булавок.
- Создание перелома или проведение остеотомии большеберцовой кости.
- Установка резьбового стержня для дополнительной стабилизации.
Основные результаты
- Можно проанализировать механизмы заживления переломов.
- Можно эффективно провести дистракционный остеогенез.
- Можно изучить приживление костного трансплантата с помощью различных методов анализа.
- Результаты можно подтвердить с помощью рентгенологических и гистологических методов.
Выводы
- Данный метод представляет собой надежную модель для исследований заживления переломов.
- Он облегчает изучение терапевтических вмешательств.
- Будущие исследования могут опираться на эти результаты для совершенствования стратегий лечения.
Часто задаваемые вопросы
Практическая значимость для отрасли
Жесткая стабилизация переломов большеберцовой кости у мышей с помощью внешних фиксаторов позволяет точно изучать внутримембранное окостенение, дистракционный остеогенез и заживление дефектов критического размера. Данная модель способствует снижению механистических рисков и валидации мишеней для терапии регенерации костной ткани за счет изоляции специфических путей восстановления и количественной оценки результатов заживления. Этот подход стратегически ориентирован на ранний поиск и доклиническую оценку биоактивных молекул, генетических модификаций и физиологических воздействий при восстановлении скелета.
Стратегическое применение в биофармацевтических исследованиях и разработках
Первичный поиск и валидация мишени
- Позволяет изучать различные механизмы заживления костей в контролируемых механических условиях.
- Обеспечивает функциональную валидацию мишеней путем сравнения процессов заживления у генетически модифицированных линий или после молекулярных вмешательств.
- Способствует снижению рисков при изучении механизмов за счет отделенияs интрамембранального окостенения от энхондральных процессов.
- Предоставляет количественные конечные точки для гипотетической оценки путей восстановления скелета.
Скрининг и разработка методов анализа
- Создает воспроизводимую платформу in vivo для оценки потенциальных терапевтических средств при заживлении костей.
- Стандартизирует стабилизацию перелома и оценку заживления для обеспечения сопоставимости результатов между различными исследованиями.
- Позволяет получать количественные данные с помощью рентгеновского, гистологического и молекулярного анализов для последующих этапов скрининга.
- Обеспечивает возможность масштабируемой оценки времени проведения вмешательства, параметров стабилизации и размера дефекта.
Трансляционные и доклинические исследования
- Соответствует релевантным моделям заболевания при несращении и дефектах критического размера для разработки трансляционных биомаркеров.
- Обеспечивает непрерывность процесса от этапа поиска до доклинической валидации стратегий восстановления костной ткани.
- Предоставляет скорректированные с учетом рисков данные для продвижения терапевтических кандидатов, направленных на регенерацию скелета.
- Способствует оценке физиологических и биомеханических переменных, имеющих значение для клинического заживления переломов.
Интеграция конвейеров и рабочих процессов
Эта модель стабилизированного перелома интегрируется в континуум от этапа поиска до доклинических исследований по восстановлению костной ткани, обеспечивая возможность проверки гипотез, валидации мишеней и трансляционной оценки перспективных методов лечения.
- Фундаментальная биология: исследует вклад механической стабильности в пути заживления костей и терапевтический ответ.
- Скрининг: обеспечивает стандартизированные количественные показатели для скрининга соединений или генетических модификаций in vivo.
- Аналитика: предоставляет надежные гистологические, рентгенологические и молекулярные конечные точки для сравнительного анализа.
- Трансляционные исследования: моделирует клинически значимые сценарии, такие как несращение и критические дефекты, для согласования биомаркеров.
- Корпоративное повторное использование: предлагает валидированную, многократно используемую платформу, адаптируемую к различным исследованиям восстановления скелета.
Операционное и корпоративное воздействие
- Научная ценность: Повышает прогностическую достоверность в отношении мишеней и механизмов заживления костей.
- Операционная ценность: Повышает воспроизводимость и стандартизацию в различных исследованиях и группах.
- Стратегическая ценность: Обеспечивает основу для принятия решений о продолжении или прекращении программ по восстановлению скелета и снижает биологические риски на поздних этапах.
- Влияние на портфель: Поддерживает приоритизацию кандидатов и методов регенерации кости с учетом скорректированных рисков.
Особенности реализации
- Требуется опыт в области ортопедической хирургии мелких животных и методов внешней фиксации.
- Необходим доступ к инфраструктуре для визуализации, гистологического и молекулярного анализа.
- Требуется строгая стандартизация протоколов стабилизации и оценки между исследовательскими группами.
- Метод применим к различным генетическим линиям, биоактивным молекулам и физиологическим состояниям.
- Ограничения включают техническую сложность и необходимость специализированной хирургической подготовки.
