Login processing...

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

Medicine

Создание жестко стабилизированных Переломы для оценки Intramembranous окостенения, отвлечение остеогенез, или исцеление критических дефектов Sized

doi: 10.3791/3552 Published: April 11, 2012

Summary

В этой статье описывается метод для стабилизации переломов длинных трубчатых костей, которые основаны на применении модифицированного Илизарова фиксаторов внешних

Abstract

Оценка режимов скелетных ремонта имеет важное значение для разработки методов лечения, которые будут использоваться в клинике для лечения переломов. Механическая стабильность играет большую роль в лечении костных повреждений. В худшем случае механическая нестабильность может привести к задержке или не объединения людей. Тем не менее, движение может также стимулировать процесс заживления. В трещины, которые имеют формы движения хрящ, чтобы стабилизировать концы перелома костей, и это хрящ постепенно замещается костной через повторение процесса развития в эндохондральный окостенения. С другой стороны, если перелом кости жестко стабилизировались кости образуется непосредственно через intramembranous окостенения. Клинически, как эндохондральный и intramembranous окостенение происходит одновременно. Чтобы эффективно повторить этот процесс исследователи вставить шпильку в позвоночный канал на перелом кости, как описано Bonnarens 4. Этот экспериментальный метод обеспечивает превосходную боковую устойчивость, позволяя rotatioNAL нестабильность сохранится. Тем не менее, наше понимание механизмов, которые регулируют эти два различных процесса также может быть повышена за счет экспериментального изоляции каждого из этих процессов. Мы создали стабилизационный протокол, который обеспечивает вращательное и боковой стабилизации. В этой модели intramembranous окостенения это единственный способ исцеления, который наблюдается, и исцеление параметров можно сравнить между различными штаммами генетически модифицированных мышей, 5-7, после применения биологически активных молекул 8,9, после того, как изменения физиологических параметров лечения 10 После изменения количества или времени стабилизации 11, после дистракционного остеогенеза 12, после создания несрастание 13, или после создания критических размеров дефекта. Здесь мы показываем, как применять модифицированный Илизарова фиксаторов для изучения большеберцовой заживления переломов и дистракционного остеогенеза у мышей.

Protocol

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

Все процедуры были одобрены UCSF Уходу за животными и использование комитета и соответствующих национальных руководящих принципов.

1. Подготовка фиксаторов до операции

  1. Перед созданием стабилизировалась переломов, необходимо собрать по эскизам заказчика аппаратом внешней фиксации. Специально разработанный внешней фиксации кадров состоял из двух алюминиевых колец стабилизировалась три из нержавеющей стали # 0/56 резьбовых шпилек, 8 # 2/56 шестигранные гайки и 17 соответствия болтов (небольшая часть Inc, Miami Lakes, FL 3).
  2. Два кольца алюминия необходимы в разрушении. К одному кольцу собраться 4 # 2/56 шестигранные гайки (небольшая часть Inc, Miami Lakes, FL) и соответствующие болты в соответствующие отверстия, они должны оставаться свободной. Это будет проксимального кольца. В дистальных кольца собрать 3 гайки и болты, опять же не затягивайте до конца.

2. Анестезия, разрушения Создание и Фиксатор приложений

  1. Мыши (возраст, пол, и теловес определяется пользователем) были под наркозом на внутрибрюшинного введения 50мг/мл кетамина, 0,5 мг / мл Medetomidine (0,03 мл / мышь).
  2. Применение смазки глаза в глаза мышей и поместить кусок ленты через свою голову для защиты глаз во время процедуры.
  3. Животное помещается на грелку на оставшуюся часть процедуры.
  4. Связывают проксимальных и дистальных метафизов левой голени с помощью четырех 0,25 мм стерильной контакта насекомых (Anticorro: прекрасный инструмент науки, Foster City, CA) путем присоединения контактов к Dremel инструмента и буровых их через кости.
  5. Пальцы ориентированы перпендикулярно длинной оси голени, и 90 ° друг к другу. По меньшей мере 10 мм от проксимального и дистального контактов.
  6. Установите первое кольцо выше проксимального контакта с орехами, обращенными внутрь, в сторону контактов. Закрепите булавками к кольцу сохранение кости по центру в алюминиевое кольцо.
  7. Установите второе кольцо ниже диСталь контактов и обеспечить контакты в кольцо с помощью шестигранных гаек, как раньше. Добавить четвертый гайки болтов сочетании с дистальной фиксации.
  8. Создать поперечный перелом на три точки изгиба с соответствующим устройством. Мы используем тяжести системы Bonnarens и Айнхорн 4. Отдых заднебоковой поверхности голени через блоки, поднять вес до заданной высоты вдоль сошки и падение веса, так что он входит в контакт переднебоковой голени производить тупой перелома. Высота вес снизился с потребностями, которые будут определены для каждого штамма мыши для обеспечения одного перелома исключительно большой берцовой кости.
  9. Разрушение подтверждается рентген.
  10. После подтверждения перелома, три из нержавеющей стали # 0/56 резьбовые стержни крепятся к кольцам. Начиная от дистального конца стержня вставить нитку и гайку на дистальных кольца для обеспечения стержня. Затем положить еще одну гайку на стержне, проксимальных кольцо будет сидеть на вершине этого яут. Убедитесь, что два кольца будет проходить на равном расстоянии и не напрягаясь контактов. Закрепите проксимальных кольцо стержней с третьей гайки.
  11. Подкожные инъекции бупренорфин (1,0 мг / кг) для обезболивания даны сразу после операции и животных контролируются на боль и с учетом бупренорфин по мере необходимости.
  12. Анестезия обратный путем введения атипамезола и животных контролируется, пока они не отвечают и ambulating.

3. Дистракционного остеогенеза (см. также: 12,13)

Чтобы изменить эту процедуру для размещения дистракционного остеогенеза прост. Кольца находятся в положении резьбовые шпильки, и, поворачивая гайки проведения стержней на месте кольца могут быть перемещены друг от друга.

  1. Задержка: Для стандартных дистракционного остеогенеза с использованием этой модели фиксаторов размещены на голени и оставили в покое на время ожидания до 5 дней.
  2. Отвлечение внимания: отвлечение osteogenesis может быть выполнена путем поворота гайки на стабилизации стержнями ¼ оборота (0,25 мм) каждый день, 7 дней.
  3. Созревание: Бони моста наблюдается на 10 дней и полной консолидации наблюдается на 27 дней после завершения отвлечение.

4. Создание критической Sized дефектов

Чтобы создать критический размер дефекта внешних фиксаторов применяются, как описано выше со следующими изменениями.

  1. Перед началом процедуры кожу очищают с 70% этанола.
  2. Фиксаторов применяются полностью до создания дефекта.
  3. Мышь поместить под микроскоп рассечения визуализировать медиальной кости и разрез (5-7 мм) производится с № 10 лезвие скальпеля.
  4. Мышцы перерезаны и осторожно отделить, чтобы выставить в середине диафиза большеберцовой кости.
  5. 3 мм сегмент кости удаляется с середины диафиза с помощью ножниц. Использование тОн указывает на ножницы, кости медленно отрезал от костей и фрагментов удаляются пинцетом, если необходимо. Необходимо следить за кончиками ножниц, чтобы избежать перемещения голени с большой механической силой.
  6. Проверьте места операции, чтобы нет костных фрагментов, так как это может способствовать исцелению.
  7. Замените мышцы вокруг затупленных концах большеберцовой кости.
  8. Закройте разрез на коже 2-3 швов 6-0 полиаминов мононить.
  9. Анестезия обратное и животных контролируются на боль и с учетом анальгетики, как описано выше.

5. Представитель Результаты

При правильном применении, внешние фиксаторы обеспечивают более жесткой устойчивости замкнутой перелом большеберцовой кости с отличным снижение (рис. 1, 2). Тем не менее, в некоторых случаях недостаточное сокращение (очевидное и большой разрыв между концами костей или множественные переломы возникают (рис. 3 (рис. 4). С другой стороны, если перелом не стабилизируется большой мозоль хрящ образуется в разрушении разрыв (рис. 5), и это заменяется костью в процессе intramembranous окостенения.

Рисунок 1
Рисунок 1. Рентгенограмма иллюстрирующие аппаратом внешней фиксации для стабилизации перелом большеберцовой кости. Рентгенограмма после перелома показывает хорошо выровнены костей сегментов (стрелки).

Рисунок 2
Рисунок 2. Образ мыши после фиксации была применена.

Рисунок 3
Рисунок 3. Рентгенограмма после еracture показывает неправильно и фрагментированные кости сегментов (стрелки).

Рисунок 4
Рисунок 4. Стабилизированный переломов заживает через intramembranous окостенения. Трехцветного окрашивания стабилизировалась перелома показаны некоторые новые кости (б) в месте перелома. Шкала бар = 500 мкм.

Рисунок 5
Рисунок 5. Нестабилизированный переломов заживает через эндохондральный окостенения. Трехцветного окрашивания нестабилизированной разрушения хряща показывает (с) и кости (б) в месте перелома. Шкала бар = 500 мкм.

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

Кости исцелить от двух различных условиях в зависимости от механической прочности (см. обзор: 14). Если оставить нестабильный крупных форм шаблон хряща в разрушении разрыв, который заменяется костной преодолеть два конца сломанной кости. Проксимально и дистально к разрыву, кости образуется непосредственно в intramembranous окостенения надкостницы и эндосту. В противоположность этому, в стабильных заживления переломов происходит исключительно через intramembranous окостенения 3. Однако конкретные механизмы, которые регулируют переключаться между этими двумя процессами неизвестно. Существует доказательство того, что судьба стволовых клеток в ответ на механические среды контролируется генетически и может быть изменена. У мышей, которые не имеют MMP9 формы хряща в месте перелома стабильных переломах предположить, что MMP9 участвует в стволовые клетки решения судьбы при разрушении ремонт 5. Хрящ также может быть вызван для формирования стабильных переломах костей, если белок морфогенетических(BMP) сигнальный путь активируется при разрушении ремонт 8,9. Для того, чтобы сделать эти выводы обеспечение жесткой стабилизации на ранних этапах лечения является важным, потому что эти стволовые клетки решения судьбы производится в течение первых нескольких дней после травмы 11.

Наш метод внешней фиксации, при правильном применении могут быть использованы для стабилизации костей оценить intramembranous окостенения во время заживление переломов. Наш метод создает перелома, наряду с другими травмами конечностей, которые происходят в высокой скорости удара. В отличие от скважины моделей, которые используются для оценки intramembranous окостенения могут не отражать травмы у пациентов. Кроме того, метод, описанный здесь, является закрытым, поэтому осложнения, связанные с открытой травмой не смешивать интерпретацию результатов. Другой распространенный метод для стабилизации используется размещение интрамедуллярного контактный до разрушения (например, 4). Этот метод широко используется, и размещение йэлектронной контактный простой и эффективной. Хотя такой подход вызывает боковой стабилизации оно не обеспечивает ротационную стабильность. В результате травмы лечит в основном через эндохондральный окостенение, которое может быть достигнуто без стабилизации на все 3. Позолоченные фиксация была также использована для достижения перелома в стабилизации мышей 15. Здесь открытый перелом создан и специально разработанные внутренние фиксаторы крепятся к кости после остеотомии производится. Как и в нашем подходе метод внутренней фиксации обеспечивает стабильность и заживление происходит через intramembranous окостенения. Мы не наблюдаем значительного осложнения, пин-путей, или другие сопутствующие заболевания, связанные с этой процедурой, и животные способны передвигаться своим клеткам легко. Основные недостатки в продолжительности времени, которое требуется, чтобы стать опытным в этом методе, время, необходимое для завершения процедуры, а также требование для команд из двух частных лиц для выполнения процедуры. Ян сочетании с генетической или физиологической манипуляции мыши, сравнивая стабилизировалась нестабилизированной заживление перелома обеспечивает значительное понимание механизмов, которые регулируют судьбу стволовых клеток во время заживление перелома 5 и позволила исследования дистракционного остеогенеза 14, а также предоставляя нам Модель не состоящих в профсоюзе 13.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

Нам нечего раскрывать.

Acknowledgments

Эта работа финансировалась R01-AR053645 от 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).
Создание жестко стабилизированных Переломы для оценки Intramembranous окостенения, отвлечение остеогенез, или исцеление критических дефектов Sized
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