Модель дефекта диафизарных костей в полусегментах у крыс для оценки эффективности замены костей в несущих областях

Наша цель — создать воспроизводимую модель дефектов бедра для оценки механических и остеогенных характеристик несущих материалов костей. Основная проблема — отсутствие стандартизированной воспроизводимой модели несущих дефектов для реалистичной in vivo механической оценки. Для начала поместите анестезиированную крысу в боковое лежащее положение на стерильную хирургическую скамью.

Сбрийте боковую область бедра, выровненную с бедренной проекцией, и дезинфицируйте кожу настойкой 2% йода, затем 75% этанола. Накройте место операции стерильным фенестрированным полотном для поддержания асепсии. Сделайте продольный разрез на коже длиной от двух до трёх сантиметров вдоль боковой стороны бедра.

Определите мышцы прямой бедренной и латеральной мышц и используйте прямые ножницы, чтобы аккуратно разделить мышцы вдоль видимой белой фасции. Затем одноразовым стерильным скальпелем сделайте продольный разрез вдоль мышечных соединений, чтобы получить доступ к поверхности бедра. Проведите тупую диссекция с помощью периостального лифта для отсоединения мышечных прикреплений и полного открытия среднего диафиза бедренной кости.

Сверлите вертикально вниз в месте дефекта с помощью бура, пока не почувствуете внезапную потерю сопротивления. Увеличьте дефект, применяя контролируемые горизонтальные толк-тяги, сосредоточенные вокруг начальной точки проникновения. Удлините дефект вдоль бедренной оси и латерально вдоль диаметра бедренной кости, чтобы постепенно образовать полуцилиндрический дефект.

Далее вставьте несущий 3D-печатный имплантат из полиметила или PMMA, предназначенный для механического тестирования производительности, в участок дефекта, обеспечивая плотное прилегание. Затем, используя держатель для иглы, зашивайте мышечные слои 4-0 монофиламентными швами, чтобы избежать чрезмерного напряжения. Наконец, закройте кожу прерванными швами и продезинфицируйте место операции раствором 2%iota 4.

Через четыре недели после операции микрокомпьютерная томография показала, что бедренные кости, имплантированные гидрогелем с желатиновым метакрилоилом, имеют вогнутые дефекты и обширную внетопочную оссификацию внутри мозговой полости. В отличие от этого, бедренные кости в 3D-печатной группе PMMA показали восстановленную внешнюю морфологию, при этом область дефекта поддерживалась выровненной новой костью и минимальной внематочной оссификацией в медулярной полости. Окрашивание гематоксином и эозином показало, что желатиновая метакрилоиловая группа содержала обильную волокнистую ткань внутри дефекта с темной окрашенностью внематочной кости, почти закрывающей продолговатую полость, и не было видимого периостального образования или непрерывности корковой кости.

В 3D-печатной группе PMMA новообразованная кость заполнила пустоту каркасов, соединённую с кортикальной костью по краям дефектов, и была покрыта непрерывной периостальной костью без значительной внематочной осификации костного мозга. Иммунофлуоресцентное окрашивание показало очень мало положительных клеток Piezo1 и LepR-положительных клеток в регенерированной кости в группе желатинового метакрилоила. В отличие от этого, 3D-печатная группа PMMA показала большое количество положительных клеток Piezo One и LepR-положительных клеток в недавно образованной кости в месте дефекта.

Количественный анализ подтвердил, что количество положительных клеток на Piezo 1 и LepR были значительно выше в группе с PMMA по сравнению с группой с желатиновым метакрилоилом. Наш протокол позволяет in vivo механическую оценку имплантов без фиксации, предлагая простую и воспроизводимую модель несущих дефектов.