Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
Click here for the English version

Medicine

Oprettelse af stift Stabiliserede Brud for vurdering Intramembranous ossifikation, Distraktion Osteogenesis eller Healing af Kritiske Sized Mangler

doi: 10.3791/3552 Published: April 11, 2012

Summary

Denne artikel beskriver en fremgangsmåde til stabilisering lange knoglefrakturer, som er baseret på anvendelsen af ​​modificerede Ilizarov ydre fikseringsindretninger

Abstract

Vurdering tilstande knogler reparation er nødvendig for at udvikle terapier, der skal anvendes klinisk til behandling af frakturer. Mekanisk stabilitet spiller en stor rolle i heling af knoglelæsioner. I værste fald mekanisk ustabilitet kan føre til forsinkede eller ikke-union i mennesker. Men, kan bevægelse også stimulere helingsprocessen. I frakturer, der har bevægelse brusk formularer for at stabilisere bruddet knogleenderne, og denne brusk gradvist erstattes af knogle gennem sammenfatning af den udviklingsmæssige proces endochondral ossifikation. I modsætning hertil knogle hvis en knoglefraktur er stift stabiliserede former direkte via intramembranous knogledannelse. Klinisk, både endochondral og intramembranous ossifikation sker samtidigt. Til effektivt at gentage denne proces undersøgere indsætte en stift i marvkanalen i den brækkede knogle, som beskrevet af Bonnarens 4. Denne eksperimentelle fremgangsmåde tilvejebringer fremragende lateral stabilitet, samtidig med at rotatioNal ustabilitet til at fortsætte. Dog kan vores forståelse af de mekanismer, der regulerer disse to forskellige processer også blive styrket ved eksperimentelt at isolere hver af disse processer. Vi har udviklet en stabilisering protokol, der giver roterende og lateral stabilisering. I denne model er intramembranous ossifikation den eneste form for healing, der er observeret, og healing parametre kan sammenlignes mellem forskellige stammer af genetisk modificerede mus 5-7, efter anvendelse af bioaktive molekyler 8,9, efter at ændre fysiologiske parametre healing 10, efter at ændre mængden eller tidspunktet for stabilisering 11, efter distraktion osteogenesis 12, og efter oprettelsen af et ikke-union 13, eller efter oprettelse af en kritisk størrelse defekt. Her viser vi hvordan du anvender de modificerede Ilizarov fikseringsindretninger for at studere tibiale frakturheling og distraktion osteogenese i mus.

Protocol

or Start trial to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here

Alle procedurer blev godkendt af UCSF Institutional Animal Care og Brug Udvalg og i overensstemmelse med nationale retningslinjer.

1. Fremstillinq af fikseringsindretninger Før kirurgi

  1. Før du opretter stabiliseret fraktur, skal en til at samle den brugerdefinerede design ekstern fiksering enhed. De specialdesignede eksterne fiksering rammer bestod af to aluminiums ringe er stabiliseret af tre rustfrit stål # 0/56 gevindstænger, 8 # 2/56 sekskantede møtrikker, og 17 matchende bolte (lille del Inc., Miami Lakes, FL 3).
  2. To aluminium ringe behov pr brud. Til den ene ring samle 4 # 2/56 sekskantede møtrikker (lille del Inc., Miami Lakes, FL) og matchende bolte ind i de passende huller, bør disse være løs. Dette vil være den proximale ring. Til distale ring samle 3 møtrikker og bolte, ikke igen ikke strammes helt.

2. Anæstesi, Fracture Creation, og fiksator Application

  1. Mus (alder, køn og kropvægt bestemmes af brugeren) er bedøvet ved intraperitoneal injektion af 50mg/ml ketamin, 0,5 mg / ml Medetomidin (0,03 ml / mus).
  2. Anvend øje smøremiddel for øjnene af mus og læg et stykke tape over deres hoved for at beskytte deres øjne under proceduren.
  3. Dyret anbringes på en varmepude til den resterende del af proceduren.
  4. Spidde de proximale og distale metafyser venstre tibia med fire 0,25 mm sterile insekt stifter (Anticorro: Fin Science Tool, Foster City, CA) ved at fastgøre tappene til Dremel værktøj og boring dem gennem knoglen.
  5. Stifter er orienteret vinkelret på den lange akse af skinnebenet og 90 ° i forhold til hinanden. Mindst 10 mm mellem de proksimale og distale ben.
  6. Placere den første ring over den proksimale stifter med møtrikkerne vender indad mod tappene. Fastgøre tappene til ringen holde tibia anbragt centralt inde i aluminiumring.
  7. Placere den anden ring under diStål ben og fastgøre benene til ringen ved hjælp af de sekskantede møtrikker som før. Tilsættes den fjerde møtrik-bolt kombination til den distale fiksator.
  8. Skaber den tværgående fraktur af tre-punkts bøjning med en passende anordning. Vi bruger alvoren system Bonnarens og Einhorn 4. Hvile posterolateral overflade af skinnebenet over blokkene hæve vægten til en forudbestemt højde langs dråben armen og slip vægt, så at den berører anterolaterale af skinnebenet at producere stumpe frakturen. Højden vægten er faldet fra behov, der skal bestemmes for hver stamme af mus for at sikre et enkelt brud udelukkende af skinnebenet.
  9. Fraktur bekræftes ved røntgen.
  10. Efter bekræftelse af bruddet, tre rustfrit stål # 0/56 gevindstænger fastgjort til ringene. Startende fra den distale ende indsættes stangen og før en møtrik på den distale ring for at fastgøre stangen. Så sagt på en anden møtrik på stangen, vil den proksimale ring sidder på toppen af ​​denne nut. Sørg for, at de to ringe vil blive afholdt i samme afstand og er ikke belaste benene. Fastgør den proksimale ring til stænger med en tredje møtrik.
  11. Subkutane injektioner af buprenorphin (1,0 mg / kg) for analgesi er angivet umiddelbart efter kirurgi, og dyrene overvåges for smerte og givet buprenorphin efter behov.
  12. Anæstesi vendes ved indgivelse Atipamezol, og dyrene overvåges, indtil de er fleksible og ambulating.

3. Distraktion Osteogenesis (se også: 12,13)

For at ændre denne procedure til at rumme distraktion osteogenesis er ligetil. Ringene holdes i stilling ved gevindstænger, og ved at dreje møtrikkerne holder stængerne på plads ringene kan bevæges fra hinanden.

  1. Latens: For standard distraktion osteogenese anvendelse af denne model af fikseringsindretninger anbringes på skinnebenet og alene i en latensperiode på 5 dage.
  2. Distraktion: Distraktion osteogenesis kan udføres ved at dreje møtrikkerne på de stabiliserende stænger ¼ turn (0,25 mm) hver dag 7 dage.
  3. Modning: Bony bygge bro er observeret med 10 dage og fuldstændig konsolidering er observeret ved 27 dage efter afslutningen af ​​distraktion.

4. Oprettelse af en kritisk Sized Defekt

At skabe en kritisk størrelse defekt de eksterne fikseringsindretninger anvendes som tidligere beskrevet med følgende modifikationer.

  1. Før påbegyndelse af proceduren huden renses med 70% ethanol.
  2. De fikseringsindretninger anvendes helt forud for oprettelsen af ​​defekten.
  3. Musen derefter placere under dissektionsmikroskop for at visualisere den mediale tibia og et indsnit (5-7 mm) er fremstillet med en # 10 blad på en skalpel.
  4. Musklen forsigtigt transected og adskilt for at blotlægge midten diafysen af ​​skinnebenet.
  5. En 3 mm segment af knoglen fjernes derefter fra midten af ​​diafysen med en saks. Ved anvendelse af tHan peger på saksen, bliver knoglen langsomt klippede væk, og knoglerester fjernes med en pincet, hvis det er nødvendigt. Man skal passe med spidserne af saks for at undgå forskydning tibia med en stor mekanisk styrke.
  6. Undersøge kirurgiske sted for at sikre, at der ikke knoglefragmenter, da disse kan fremme heling.
  7. Erstatte musklen omkring de stumpe ender af tibia.
  8. Lukke snittet på huden med 2-3 suturer af 6-0 Polyamine Monofilament.
  9. Anæstesi vendes, og dyrene overvåges for smerte og givet analgetika som tidligere beskrevet.

5. Repræsentative resultater

Når de anvendes korrekt, de eksterne fiksatorer tilvejebringe mere stiv stabilitet af lukket tibiale frakturen med fremragende reduktion (fig. 1, 2). Men i nogle tilfælde utilstrækkelig reduktion (en åbenbar og stor kløft mellem knogleenderne eller flere frakturer forekommer (fig. 3 (fig. 4). I modsætning hertil en stor brusk kallus, hvis frakturen ikke bliver stabiliseret dannes i frakturhullet (fig. 5), og dette erstattes af knogle ved fremgangsmåden intramembranous knogledannelse.

Figur 1
Figur 1. Radiografier illustrerer en udvendig fastgørelsesindretning til stabilisering tibiale fraktur. Røntgenbillede taget efter frakturen viser et godt tilpassede knoglesegmenter (pilhoved).

Figur 2
Figur 2. Billede af en mus efter fikseringsorganet er blevet påført.

Figur 3
Figur 3. Røntgenbillede taget efter fracture viser svarer og fragmenteret knogle segmenter (pilespids).

Figur 4
Figur 4. Stabiliseret bruddet heler via intramembranous ossifikation. Trichrom farvning af stabiliseret fraktur viser nogle af ny knogle (b) på frakturstedet. Målestokken = 500 um.

Figur 5
Figur 5. Ikke-stabiliseret fraktur heler via endochondral knogledannelse. Trichrom farvning af ikke-stabiliseret brud viser brusk (c) og knogle (b) på frakturstedet. Målestokken = 500 um.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

or Start trial to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here

Bones helbrede ved to forskellige modaliteter afhængig af mekanisk stabilitet (revideret i: 14). Da forlod ustabile en stor brusk skabelon former i frakturhullet, der erstattes af knogle til at bygge bro de to ender af brækkede knogler. Proksimalt og distalt til pausen, knogler danner direkte ved intramembranous ossifikation i periost og endosteum. I modsætning hertil forekommer i stabile frakturer heling udelukkende via intramembranous knogledannelse 3. De specifikke mekanismer, der regulerer skifte mellem disse to processer, er ukendte. Der er bevis for, at stamceller skæbne i respons på mekanisk miljø styres genetisk og kan ændres. Hos mus, der mangler MMP9 brusk former i frakturstedet af stabile frakturer tyder på, at MMP9 er involveret i stamcellepopulationer skæbne beslutninger i løbet af fraktur reparation 5. Brusk kan også induceres til at danne i stabile frakturer hvis Knoglemorfogenetisk protein(BMP) signalvej aktiveres under frakturreparation 8,9. For at drage disse konklusioner giver stive stabilisering i de tidlige stadier af heling er vigtig, fordi disse stamceller skæbne beslutninger træffes i løbet af de første par dage efter skade 11.

Vores fremgangsmåde til ekstern fiksering, når den anvendes korrekt, kan anvendes til at stabilisere knogle at vurdere intramembranous knogledannelse under frakturheling. Vores metode skaber en fraktur sammen med andre lemmer skader, der opstår i højhastighedsanslag. I modsætning hertil kan bore huller modeller, der anvendes til at vurdere intramembranous knogledannelse ikke afspejle trauma hos patienter. Yderligere er den her beskrevne fremgangsmåde er lukket, så komplikationer forbundet med en åben skade ikke forvirre fortolkning af resultaterne. En anden almindelig fremgangsmåde til stabilisering anvendelser placering af en intramedullær stift før brud (f.eks 4). Denne teknik er i vid udstrækning, og placering af the pin er enkel og effektiv. Mens denne tilgang giver lateral stabilisering det ikke giver for rotations stabilitet. Den resulterende skaden heler primært via endochondral ossifikation, der kan opnås uden stabilisering på alle 3. Belagte fiksering er også blevet anvendt til at opnå brud stabilisering i mus 15. Her en åben fraktur bliver skabt og specielt konstrueret interne fikseringsindretninger er fastgjort til knogle efter osteotomi foretages. I lighed med vores tilgang til intern fiksering metode giver stabilitet og heling sker via intramembranous ossifikation. Vi overholder ikke væsentlige komplikationer, pin-infektioner, eller andre co-morbiditet forbundet med denne procedure, og dyrene er i stand til at bevæge sig omkring deres bure nemt. De største ulemper er den tid det tager at blive dygtige til at denne metode, den tid det tager at fuldføre proceduren, og kravet om hold af to personer til at udføre proceduren. Jegn kombination med genetiske eller fysiologisk manipulationer til de mus, hvis man sammenligner stabiliseret til ikke-stabiliseret frakturheling giver stor indsigt i de mekanismer, der regulerer stamceller skæbne under frakturheling 5, og har givet en undersøgelse af distraktion osteogenesis 14 samtidig give os en model af ikke-union 13.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

Vi har intet at afsløre.

Acknowledgments

Dette arbejde blev finansieret af R01-AR053645 fra NIAMS.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
0.25mm insect pin Fine Science Tools 26000-25 Blacked Anodized Steel, 0.25mm rod diameter, 4cm length
Stainless Steel Hex Nut Small Parts, Inc. #2-56 1/8" length, 56 threads per inch
Stainless Steel Hex Nut Small Parts, Inc. #0-80 1/8" length, 80 threads per inch
Stainless Steel Machine Screw Small Parts, Inc. #0-80 1/8" length, 80 threads per inch
Stainless Steel Machine Cut Threaded Rod Small Parts, Inc. #0-80 6" length, 80 threads per inch
18-8 Stainless Steel Head Machine Screw McMaster-Carr 2-56 Threads, 3/6" length
External Fixation Device Machine shop Custom-designed

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Ilizarov, G. A., Lediaev, V. I., Shitin, V. P. The course of compact bone reparative regeneration in distraction osteosynthesis under different conditions of bone fragment fixation (experimental study). Eksperimentalnaia Khirurgiia i Anesteziologiia. 14, 3-12 (1969).
  2. Ilizarov, G. A., Deviatov, A. A. Surgical elongation of the leg. Ortopediia Travmatologiia i Protezirovanie. 32, (1971).
  3. Thompson, Z., Miclau, T., Hu, D., Helms, J. A. A model for intramembranous ossification during fracture healing. J. Orthop. Res. 20, 1091-1098 (2002).
  4. Bonnarens, F., Einhorn, T. A. Production of a standard closed fracture in laboratory animal. J. Orthop. Res. 2, 97-101 (1984).
  5. Colnot, C., Thompson, Z., Miclau, T., Werb, Z., Helms, J. A. Altered fracture repair in the absence of MMP9. Development. 130, 4123-4133 (2003).
  6. Lange, J. Action of IL-1beta during fracture healing. J. Orthop. Res. 28, 778-784 (2010).
  7. Xing, Z. Multiple roles for CCR2 during fracture healing. Dis. Model Mech. 3, 451-458 (2010).
  8. Lu, C. Recombinant human bone morphogenetic protein-7 enhances fracture healing in an ischemic environment. J. Orthop. Res. (2009).
  9. Yu, Y. Y., Lieu, S., Lu, C., Colnot, C. Bone morphogenetic protein 2 stimulates endochondral ossification by regulating periosteal cell fate during bone repair. Bone. 47, 65-73 (2010).
  10. Lu, C., Miclau, T., Hu, D., Marcucio, R. S. Ischemia leads to delayed union during fracture healing: a mouse model. J. Orthop. Res. 25, 51-61 (2007).
  11. Miclau, T. Effects of delayed stabilization on fracture healing. J. Orthop. Res. 25, 1552-1558 (2007).
  12. Tay, B. K., Le, A. X., Gould, S. E., Helms, J. A. Histochemical and molecular analyses of distraction osteogenesis in a mouse model. Journal of Orthopaedic Research. 16, 636-642 (1998).
  13. Choi, P., Ogilvie, C., Thompson, Z., Miclau, T., Helms, J. A. Cellular and molecular characterization of a murine non-union model. J. Orthop. Res. 22, 1100-1107 (2004).
  14. Buckwalter, J. A., Marsh, E. T., J, L. Rockwood and Green's fractures in adults. Heckman, J. D., Bucholz, R. W. Lippincott Williams & Wilkins. 245-271 (2001).
  15. Garcia, P. The LockingMouseNail-A New Implant for Standardized Stable Osteosynthesis in Mice. J. Surg. Res. (2009).
Oprettelse af stift Stabiliserede Brud for vurdering Intramembranous ossifikation, Distraktion Osteogenesis eller Healing af Kritiske Sized Mangler
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Yu, Y. y., Bahney, C., Hu, D., Marcucio, R. S., Miclau, III, T. Creating Rigidly Stabilized Fractures for Assessing Intramembranous Ossification, Distraction Osteogenesis, or Healing of Critical Sized Defects. J. Vis. Exp. (62), e3552, doi:10.3791/3552 (2012).More

Yu, Y. y., Bahney, C., Hu, D., Marcucio, R. S., Miclau, III, T. Creating Rigidly Stabilized Fractures for Assessing Intramembranous Ossification, Distraction Osteogenesis, or Healing of Critical Sized Defects. J. Vis. Exp. (62), e3552, doi:10.3791/3552 (2012).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
simple hit counter