骨修复领域临床前研究的一个限制因素是对愈合骨病灶局部力学环境缺乏实验性控制。本文报道了一种可用于骨修复的外固定装置的设计与应用，该装置具有调节固定器刚度的能力 体内.
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摘要
摘要
骨折愈合过程中周围力学环境非常重要，因为它决定了骨折的愈合方式。过去十年中，临床上对通过改变损伤部位的固定稳定性来调节力学环境以促进骨愈合产生了极大兴趣。该领域临床前动物研究的一个限制是，在大段骨缺损以及截骨愈合过程中，难以对局部力学环境进行实验性控制。本文报道了一种外固定装置的设计与应用，用于研究大段骨缺损或截骨的愈合过程。该装置不仅可在骨损伤愈合过程中实现对轴向刚度的精确控制，还允许在愈合过程中动态调整刚度。 体内 实验结果表明，固定装置能够维持大鼠5 mm的股骨缺损间隙 体内 在至少8周的自由笼内活动期间，我们未观察到任何变形或感染，包括在整个愈合期间均未出现针道感染。这些结果表明，我们新开发的外固定装置能够实现可重复且标准化的稳定，并可改变力学环境 体内 大鼠大段骨缺损及不同尺寸的截骨模型。这证实了外固定装置非常适合用于大鼠模型在骨再生与修复领域的临床前研究。
引言
许多研究加深了我们对骨组织修复所涉及的生物学机制的理解1-6。机械条件对骨修复的影响，例如轴向、剪切和骨块间运动（IFMs），已得到广泛研究7-15。在过去几年中，越来越多的研究开始采用骨折、截骨以及大段骨缺损的体内模型，来描述力学环境对骨愈合的影响。因此，需要可靠的固定方法以获得可重复且可靠的研究结果。
骨折愈合部位的力学环境非常重要，因为它决定了骨折的愈合方式。因此，固定装置的选择至关重要，应根据实验设计以及其他因素（如间隙大小和骨折类型）进行仔细选择。在研究大段骨缺损的骨愈合时，固定装置的力学性能尤为重要，需要建立一种能够在整个实验期间（包括完全负重阶段）保持恒定间隙大小，并为骨愈合提供理想力学环境的固定方式。外固定器在骨折及大段骨缺损的实验性愈合模型中被广泛使用，因其相较于其他固定装置具有优势。外固定器的主要优点在于能够调节缺损部位的力学环境 体内 无需二次干预，可通过在实验过程中随着骨愈合进展而改变或调整装置的稳定杆来实现。此外，该装置允许施加特定的局部机械刺激以促进骨修复，同时还具备测量骨痂组织刚度的潜力 体内然而，这些装置也存在一些缺点，包括：软组织刺激、感染以及针具断裂。
遗憾的是，在植入物开发期间，此类植入物无法“即取即用”，研究人员被迫为特定用途自行设计固定装置。因此，该领域研究的一个限制因素是，在大段骨....
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方案
动物护理和实验方案均遵循美国国立卫生研究院（NIH）指南，并经波士顿贝斯以色列女执事医疗中心机构动物护理和使用委员会批准。（方案编号：098-2009）
1. 外科材料和器械的准备
- 手术前对所有用于手术的外科材料和器械进行灭菌。将所需材料连同或不连同器械托盘一起，包裹在折叠的布料或纸张内，并用高压灭菌胶带密封，进行蒸汽灭菌。高压灭菌器的温度应保持在125-135 ºC，灭菌时间为20-25分钟，随后进行10-15分钟的干燥。
- 确保手术时大鼠体重为200-250 g。这一点非常重要，因为如果大鼠体型更重，则应使用不同尺寸的固定器。对于体重超过250 g的大鼠，应使用更大尺寸的外固定系统。
2. 外固定器的手术操作与应用
- 从任一认证的动物供应商处购买Sprague-Dawley（或任何其他品系）大鼠（雄性或雌性，200–250 g）。遵循国家指南规定的适当动物护理和实验方案，且方案须经研究者所在机构动物护理与使用委员会批准。在实验前至少给予48小时的适应期。
- 进行手术时，将大鼠转运至专用的手术操作室。
- 首先将大鼠置于诱导室中，通过异氟烷麻醉，随后连接麻醉机面罩，以1-1.5 L的氧气流速持续给予1.5-2%异氟烷维持麻醉2/分钟。手术开始前，确保动物处于深度麻醉状态。为此，可采用足底....
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结果
设计规格
使用外固定系统稳定大鼠股骨可实现0.5至5 mm的截骨。该外固定系统为锁定式外固定器，由聚醚醚酮（PEEK - [主体部分]）和钛-铝-铌合金（TAN - [固定针]）制成，具有结构简单、可重复使用且可调节的优点，提供四种不同刚度：10%、40%、70%和100%（100%为标准型，刚性最强的固定器）图7） 。根据每位研究者的研究需求，决定是否需要进行植入物刚度调节 体内 随着骨愈合的进展，外固定板可为单一整体结构（图8）或带有两个连接元件（图9A）和两个主要模块（图9B用两个互锁的螺丝固定 (图9C) 需在手术前进行组装的图10A-F）。连接元件具有不同的厚度，因而具有不同的刚度，其设计目的是实现相当于10%（0.75 mm厚）、40%（1.70 mm厚）、70%（2.10 mm厚）和100%（2.50 mm厚；
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讨论
创建大段骨缺损的外科手术中最关键的步骤包括：1）选择合适体重的大鼠以匹配外固定器的尺寸；2）在手术过程中维持无菌环境；3）严格遵循外科手术操作规程。
本研究的主要目标是设计、制造并表征一种用于大鼠股骨大段骨缺损模型的新型可变刚度外固定器，并利用该固定器探究愈合过程中生物学因素与力学因素之间的相互作用。新固定器的力学性能在三个层面上进行了检测，其表征结果已发表于另一篇论文中30固定装置也被应用于大鼠股骨，并对其 体内 通过放射学方法监测治疗前后8周的疗效30,31.
该固定器的主要创新之处在于能够更换稳定性连接元件，以选择不同且标准化的刚度。由于在装置连接动物后仍可更换稳定性连接元件，因此可在愈合过程的不同阶段调节刚度。根据本方案所述，连接元件需逐个更换，以防止缺损边缘错位以及新生组织遭到破坏。目前可提供四种不同的刚度，但通过向植入系统生产商订购不同厚度的连接元件，即可轻松实现更多刚度等级。
固定针和主框架分别由.......
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披露
作者 Romano Matthys 是瑞士达沃斯 RISystem AG 公司的员工，该公司生产植入物及植入物专用器械 & 本文所使用的耗材。作者 Vaida Glatt 无任何竞争性经济利益。
致谢
本工作由AO基金会（S-08-42G）和RISystem AG资助。
我们谨向瑞士达沃斯AO研究学院Stephan Zeiter团队致以最诚挚的"感谢"，感谢他们慷慨提供手术室设施，使我们得以顺利完成本手术操作视频的拍摄工作。....
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材料
| 姓名 | 公司 | 目录编号 | 评论 |
|---|---|---|---|
| RatExFix 简易型 100% | RISystem AG Davos, 瑞士 | RIS.612.120 | |
| RatExFix 简易型 70% | RISystem AG Davos, 瑞士 | RIS.612.123 | |
| RatExFix 简易型 40% | RISystem AG Davos, 瑞士 | RIS.612.121 | |
| RatExFix 简易型 10% | RISystem AG Davos, 瑞士 | RIS.612.122 | |
| RatExFix 连接元件 100% | RISystem AG Davos, 瑞士 | RIS.612.130 | |
| RatExFix 连接元件 70% | RISystem AG Davos, 瑞士 | RIS.612.131 | |
| RatExFix 连接元件 40% | RISystem AG Davos, 瑞士 | RIS.612.132 | |
| RatExFix 连接元件 10% | RISystem AG Davos, 瑞士 | RIS.612.133 | |
| RatExFix 主体部分 | RISystem AG Davos, 瑞士 | RIS.611.101 | |
| RatExFix 锁紧螺钉 | RISystem AG Davos, 瑞士 | RIS.412.110 | |
| RatExFix 安装销 0.85 mm | RISystem AG Davos, 瑞士 | RIS.412.100 | |
| RatExFix 锯导板 100% 5 mm | RISystem AG Davos, 瑞士 | RIS.312.100 | |
| Accu Pen 6V+ | RISystem AG Davos, 瑞士 | RIS.390.211 | |
| 手钻 | RISystem AG Davos, 瑞士 | RIS.390.130 | |
| 钻头 0.79 mm | RISystem AG Davos, 瑞士 | RIS.593.203 | |
| Gigly 金属丝锯 0.22 mm | RISystem AG Davos, 瑞士 | RIS.590.100 | |
| 方头扳手 0.70 mm | RISystem AG Davos, 瑞士 | RIS.590.112 | |
| 方头扳手 0.50 mm | RISystem AG Davos, 瑞士 | RIS.590.111 | |
| 定心钻头 1.00 mm | RISystem AG Davos, 瑞士 | RIS.592.205 | |
| 手术刀柄 | Fine Science Tools | ||
| 手术刀片（15号） | Fisher Scientific | ||
| 组织镊 | Fine Science Tools | ||
| 剪刀 | Fine Science Tools | ||
| 牵开器 | Fine Science Tools | ||
| 持针器 | Fine Science Tools | ||
| Henahan 骨膜剥离器 | Fine Science Tools | ||
| S形弯解剖与结扎镊 | Fine Science Tools | 2 | |
| 敷料镊 | Fine Science Tools | 2 | |
| 无菌带孔洞手术巾 | Fisher Scientific | 用于手术 | |
| 无菌纱布 | Fisher Scientific | 用于手术 | |
| 5 ml 注射器 | Fisher Scientific | 用于冲洗缺损区 | |
| 24–27G 针头 | Fisher Scientific | 用于冲洗缺损区 | |
| 1 cc 胰岛素注射器 | Fisher Scientific | 用于药物注射 | |
| 无菌生理盐水 | Fisher Scientific | 用于骨缺损区冲洗 | |
| 无菌手套 | Fisher Scientific | 用于实施手术 | |
| 氯己定 | Fisher Scientific | 手术部位消毒液 | |
| Vicryl 缝线 4-0 带 SH-1 针 | Fisher Scientific | 用于缝合肌肉 | |
| Ethibond 缝线 3-0 | Fisher Scientific | 用于缝合皮肤 | |
| 异氟烷 | Sigma-Aldrich | 用于麻醉 | |
| 布托啡诺 | Sigma-Aldrich | 术中及术后镇痛 | |
| 头孢唑林 | Sigma-Aldrich | 术中及术后抗生素 | |
| Sprague-Dawley 大鼠或其他品系 | Charles River Laboratories International, Inc. (Wilmington, MA 美国) |
参考文献
- Einhorn, T. A., Lane, J. M., Burstein, A. H., Kopman, C. R., Vigorita, V. J. The healing of segmental bone defects induced by demineralized bone matrix. A radiographic and biomechanical study. J Bone Joint Surg Am. 66, 274-279 (1984).
- Feighan, J. E., Davy, D., Prewett, A. B., Stevenson, S.
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重印与许可
