Разработка новой модели внутренней фиксации радиальных переломов крыс: оценка заживления переломов и изоляция ганглия дорсального корня
13 марта 2026 г.
В исследовании инновационно сочетаются швы и титановые иглы для стабильной внутренней фиксации в модели лучевого перелома крысы. Заживление переломов оценивалось с помощью микрокомпьютерной томографии (микро-КТ), а нейроны первичного дорсального корневой ганглии (DRG) были выделены и культивированы для дальнейших исследований.
Лучевые переломы широко распространены во всём мире и являются ведущей причиной переломов длинных костей конечностей. Модель лучевого перелома крысы имеет решающее значение для изучения заживления переломов, скрининга лекарств и оценки биоматериалов в ортопедических исследованиях. Поскольку радиус крыс относительно тонкий, стальные пластины и винты, используемые в настоящее время в клинической практике, не подходят для лечения лучевых переломов крыс.
Для преодоления этого ограничения протокол инновационно сочетает фиксацию швами и титановой иглой, создавая стабильную модель лучевого перелома для внутренних исследований фиксации. В протоколе мы также представили использование системы микро-КТ живых животных для уточнения заживления переломов у крыс. Мы также показали извлечение и культуру DRG в модели перелома крысы, которая будет использована для изучения механизма повреждения нервов и восстановления при переломах.
Хирургические инструменты при переломе крысы включают лезвие скальпеля, рукоятку скальпеля, ножницы, держатель для иглы, гемостатические щипцы и зубчатые тканевые щипцы. Самец крысы Sprague Dawley, примерно 8 недель, весом около 200 грамм. Анестезируйте крысу с помощью аппарата для газовой анестезии с изофлураном и поддерживайте вентиляционную анестезию на протяжении всей операции.
Поддерживайте температуру в операционной на уровне 28°C. Поместите крысу в боковое положение. Обнажите правую переднюю конечность и сбрийте волосы с помощью машинки для стрижки. Накройте стерильную простыню и обмотайте жгутом проксимальную правую переднюю конечность, чтобы уменьшить хирургическое кровотечение.
Подготовьте кожу, чередуя спирт и бетадин три раза. Сделайте продольный разрез длиной 1,5 см на спинной радиальной стороне правого предплечья. Разделите мышечные пространства и полностью обнажите радиус правой передней конечности.
Используйте рабочие ножницы, чтобы разрезать радиус и создать поперечный перелом. Направление ножниц образует угол 90 градусов с радиусом. Возьмите титановую иглу диаметром 0,8 мм и длиной 10 мм и вставьте её в лучевой трещину вдоль продольной оси.
Фиксируйте радиус и титановую иглу швом. Шов был связан тремя последовательными узлами, а титановая игла закреплялась на радиусе четырьмя прерванными швами. Зашвите цвет кожи избыточного шва и закройте древесину.
Дезинфицируйте кожу с помощью бетадиновых скрабов. Закройте рану стерильной марлей и закрепите бинтами. Крыса пришла в себя после наркоза, и её состояние хорошо восстановилось.
Анестезиируйте крысу с помощью аппарата для газовой анестезии с изофлураном. Положите крысу в положение лежа в камере сканирования. Отрегулируйте положение конечностей и головы, чтобы центрировать область сканирования цели в поле зрения и поддерживать непрерывную вентиляцию и анестезию на протяжении всей процедуры.
Засунь неподвижную кровать для животных в камеру сканирования и закрой дверь камеры. Параметры микро-КТ-сканирования были установлены следующим образом: режим сканирования: стандарт, время экспозиции: две минуты, поле зрения: 72 мм, размер вокселя: 144 м, киловольт: 90; микроамперы: 88, фильтр: 3D-мягкий. Данные сканирования автоматически передаются программному обеспечению, и формируется трёхмерное КТ-изображение.
Разделите целевые ткани. Экспортировать обработанные изображения. Перерезать позвоночник, удалить тела позвоночников C1–C7.
Разрежьте шейный отдел позвоночника вдоль передней и задней средней линии, разделив на левую и правую половины. Используйте зубчатые тканевые щипцы, чтобы поднять DRG, аккуратно поднять его, а затем с помощью ножниц для разрезания нервных волокон. Перенесите экстракционные DRG в центрифугную трубку объёмом 1,5 мл с экстракционной формой.
Поставьте на лёд. Медленно аспирируйте и избавляйтесь от экстракционной среды. Добавьте 1 мл смешанного раствора для пищеварения и ферментов.
Переваривайте в водяной бане при 37°C в течение 60–70 минут. Пипетить нужное количество рабочего раствора фибронектина в чашку Петри и покрыть её в инкубаторе при температуре 37°C на час. После пваривания, аспирируйте и отбросьте смесь фермента, работающего ферментом пищеварения.
Соберите фильтрат, центрифугуйте при 70 x g в течение 8,5 минут. После центрифугирования аспирируете и сбрасываете супернатант в трубку центрифуга. Добавьте 1 мл полной среды для повторной суспензии осадка.
Достань чашку Петри. Отбросьте рабочий раствор с фибронектином и дважды промой с помощью PBS. Инокулируйте клетки в чашку Петри, добавьте 1 мл полной среды.
Поместите их в инкубатор постоянной температуры при 37°C с 5% углекислого газа на 8-12 часов. Микро-КТ подтвердило успешное создание моделей крыс с лучевым переломом и внутренней фиксации для лучевых переломов крыс. Через 20 дней после моделирования микро-КТ-анализ крыс с SD в группе моделей перелома показал благоприятный прогноз.
Наблюдалось образование мозолей, соединяющих концы перелома, с прогрессивным сращением и постепенным облицованием линии перелома, что соответствует ранней фазе костного сращения. Изображения показали размытую линию перелома в смоделированной области, что свидетельствует о том, что костная ткань в месте перелома в значительной степени зажила. На 5–6-й день после выделения DRG нейронные клетки проявляют обширное цитоплазматическое воздействие.
На этом этапе полностью различимы все тела нейронных клеток и окружающие их синапсы. Иммунофлуоресцентная микроскопия использовалась для фотографирования нейронных клеток на 6-й день культуры. Как показано на рисунке 9, Бета-III-тубулин был показан как зелёная флуоресценция.
Положительные клетки с бета-III-тубулином, включая тела клеток DRG и аксонов, были окрашены в зелёный цвет, а синяя флуоресценция символизирует ядра нейронов, окрашенных DAPI. Крысы являются классической моделью для изучения механизма заживления переломов благодаря их чёткому генетическому фону и короткому репродуктивному циклу. Однако небольшой диаметр радиуса около 1–1,5 мм делает невозможным сопоставить клиническое устройство внутреннего фиксации, что сильно ограничивает его полезность в исследованиях заживления нервов и костей.
В ответ на эту проблему в этом исследовании был предложен комбинированный метод внутренней фиксации с титановой иглой. Основная логика заключается в замене жёсткой фиксации винтов на гибкое перевязывание швов, что могло бы уменьшить повреждение ятрогенного нерва и обеспечить стабильную механическую среду. Этот протокол обеспечивал повторяемость и стандартизацию для построения модели.
Швы и титановые иглы используются для внутренней фиксации в моделях лучевых переломов у крыс. Заживление переломов оценивается с помощью микро-КТ. Первичные нейроны DRG изолируются и культивируются после обследований заживления переломов.
В протоколе мы инновационно сочетаем швы и титановые иглы для стабильной внутренней фиксации в модели лучевого перелома крысы. Заживление переломов оценивалось с помощью микро-КТ, а первичные нейроны DRG были выделены и культивированы для дальнейшего исследования.
Просмотрите полный транскрипт и получите доступ к тысячам научных видео
Обзор
В данном исследовании представлен инновационный подход к внутренней фиксации в модели перелома лучевой кости крысы путем комбинирования швов и титановых игл. Процесс заживления контролировали с помощью микрокомпьютерной томографии (микро-КТ), а нейроны ганглиев задних корешков (DRG) изолировали для дальнейшего анализа.
Основные компоненты исследования
Область науки
- Ортопедические исследования
- Заживление переломов
- Нейробиология
Введение
- Радиальные переломы широко распространены и имеют большое значение в ортопедических исследованиях.
- Модель крысы необходима для оценки заживления переломов и методов лечения.
- Существующие методы фиксации не подходят для тонкого лучевого This bone крысы.
- Необходимы инновационные методы для улучшения результатов исследований.
Цель исследования
- Создать стабильную модель перелома лучевой кости крысы для исследования методов внутренней фиксации.
- Оценить заживление перелома с помощью микро-КТ визуализации.
- Выделить и культивировать нейроны спинальных ганглиев задних корешков (DRG) для изучения механизмов повреждения и восстановления нервов.
Используемые методы
- Комбинация швов и титановых игл для фиксации.
- Микро-КТ визуализация для мониторинга заживления перелома.
- Изоляция и культивирование нейронов спинномозговых ганглиев (DRG) из крысиной модели.
- Оценка образования костной мозоли и заживления кости с течением времени.
Основные результаты
- Успешное создание стабильной модели перелома лучевой кости.
- Микро-КТ анализ показал благоприятные результаты заживления.
- Наблюдались формирование костной мозоли и прогрессирующее сращение.
- Нейроны DRG продемонстрировали обширное обнажение цитоплазмы после культивирования.
Выводы
- Комбинированный метод фиксации эффективен при переломах лучевой кости крысы.
- Микро-КТ является ценным инструментом для оценки заживления переломов.
- Данная модель может расширить понимание механизмов заживления нервно-костных структур.
Часто задаваемые вопросы
Практическая значимость для промышленности
Инновационный метод внутренней фиксации в моделях перелома лучевой кости крысы с использованием шовного материала и титановой иглы позволяет проводить надежную доклиническую оценку механизмов заживления костей и восстановления нервов. Данная модель обеспечивает прогностическую достоверность при скрининге ортопедических препаратов и оценке биоматериалов, восполняя критический пробел в случаях, когда стандартные клинические устройства неприменимы для исследований на мелких животных. Интеграция микро-КТ визуализации и изоляции нейронов ганглиев задних корешков (DRG) повышает трансляционную преемственность от этапа открытия до доклинических исследований в рамках разработки средств лечения заболеваний опорно-двигательного аппарата и методов нейрорегенерации.
Стратегическое применение в биофармацевтических исследованиях и разработках
Ранние этапы поиска и валидация мишени
- Позволяет изучать пути заживления переломов и механизмы повреждения нервов в контролируемой системе in vivo.
- Способствует снижению биологических рисков при разработке мишеней для ортопедического и нейрорегенеративного лечения за счет создания воспроизводимых моделей повреждения и восстановления.
- Обеспечивает прогностическую уверенность при валидации мишеней для методов восстановления костной и нервной тканей.
Скрининг и разработка анализа
- Обеспечивает стандартизированную модель на животных для оценки потенциальных лекарственных препаратов и биоматериалов в процессе заживления переломов.
- Позволяет получать количественные данные микро-КТ для объективной оценки сращения костей и формирования костной мозоли.
- Обеспечивает воспроизводимое выделение и культивирование нейронов спинномозговых ганглиев (DRG) для последующего проведения анализов механизмов действия.
Трансляционные и доклинические исследования
- Соответствует моделям заболеваний, релевантным для изучения интерфейса «нерв-кость» и процессов регенерации.
- Обеспечивает преемственность от этапа первичных открытий до доклинической валидации путем интеграции методов визуализации и клеточного анализа.
- Снижает трансляционный риск за счет моделирования клинически значимых сценариев повреждения и восстановления in vivo.
Интеграция конвейеров и рабочих процессов
Эта модель связывает этапы ранних открытий, идентификации соединений-лидеров и доклинической валидации для программ в области ортопедии и нейрорегенерации.
- Биологические исследования: поддержка проверки гипотез о механизмах заживления переломов и регенерации нервов с использованием валидированных моделей in vivo.
- Скрининг: предоставление готовых к анализу систем с количественными данными микро-КТ и результатами культивирования нейронов для оценки соединений.
- Аналитика: возможность статистического сравнения результатов заживления и нейрональных фенотипов в различных экспериментальных группах.
- Трансляционные исследования: содействие согласованию биомаркеров и проведению механистических исследований, имеющих значение для восстановления костей и нервов у человека.
- Корпоративное повторное использование: создание универсальной платформы для групп НИОКР в области ортопедии и нейробиологии для оценки различных методов вмешательства.
Операционное и корпоративное воздействие
- Научная ценность: повышает достоверность прогнозов и снижает механистическую неопределенность в исследованиях восстановления костей и нервов.
- Операционная ценность: стандартизирует моделирование переломов и изоляцию нейронов для создания воспроизводимых и масштабируемых рабочих процессов.
- Стратегическая ценность: улучшает процесс принятия решений о целесообразности дальнейшей разработки (go/no-go) и эффективность использования капитала за счет предоставления надежных доклинических данных.
- Влияние на портфель: позволяет осуществлять приоритизацию ортопедических и нейрорегенеративных активов с учетом рисков.
Особенности реализации
- Требуется опыт в области хирургии мелких животных, микро-КТ визуализации и культивирования нейрональных клеток.
- Необходим доступ к системам визуализации живых животных и специализированному хирургическому инструментарию.
- Требуется стандартизация между исследовательскими группами для обеспечения воспроизводимости создания переломов и изоляции ганглиев задних корешков (DRG).
- Может потребоваться адаптация протокола для различных линий грызунов или моделей повреждения.
- Ограничения модели включают анатомические особенности и трансляционные различия по сравнению с процессом восстановления костной ткани у человека.
