Summary

En effektiv og reproducerbare protokol for distraktion Osteogenesis i en rotte Model fører til en funktionel folier lårben

Published: October 23, 2017
doi:

Summary

Denne undersøgelse beskriver en reproducerbar og detaljerede protokollen bruger en nyudviklet ekstern fiksator for distraktion osteogenesis () i femoralis rotte model hvilke tilladelser fysiologiske vægtbærende af dyret efter fjernelse af ekstern fiksator.

Abstract

Denne protokol beskriver brugen af en nyudviklet ekstern fiksator for distraktion osteogenesis i en rotte femoral model. Distraktion osteogenesis () er en kirurgisk teknik fører til knogle regenerering efter en osteotomi. Osteotomized yderpunkterne er flyttet fra hinanden ved gradvis distraktion at nå den ønskede brudforlængelse. Denne procedure er meget udbredt i mennesker til nedre og øvre lemmer forlængelse, behandling efter en knogle heling og regenerering af en knogle defekt efter operation for knogle tumor excision og maxillofacial genopbygning. Kun få undersøgelser klart viser effektiviteten af deres protokol i at opnå en funktionel folier knogle, dvs., knogle, der vil støtte fysiologiske vægtbærende uden fraktur efter fjernelse af ekstern fiksator. Derudover protokoller for søgeordsværktøjerne og reproducerbarhed er begrænset af mangel på information, foretage sammenligning mellem studier svært. Formålet med denne undersøgelse var at udvikle en reproducerbar protokol bestående af en passende ekstern fiksator design for rotte limb forlængelse, med en detaljeret kirurgisk teknik, der tillader fysiologiske vægtbærende af dyret efter fjernelse af eksterne fiksator.

Introduction

Distraktion osteogenesis () er en kirurgisk teknik bruges klinisk1,2,3,4 i mennesker til lavere1,2 og øvre3 limb forlængelse, behandling efter en knogle heling og regenerering af en knogle defekt efter operation for knogle tumor excision såvel som i maxillofacial genopbygning4. GØRE fører til knogle regenerering efter placeringen af ekstern fiksator i knogle og osteotomi. Osteotomized yderpunkterne er flyttet fra hinanden ved gradvis distraktion2 at nå den ønskede brudforlængelse. En konsolideringsperioden følger, hvor der er ingen mere brudforlængelse.

GØRE proceduren er opdelt i tre særskilte faser: ventetid, distraktion og konsolidering. Generelt, en 7-dages latenstid starter lige efter osteotomi4. Dette giver mulighed for knogle reparation til at begynde den helbredende proces4indledende trin. Latenstid er efterfulgt af en distraktion periode hvor trækkraft styrker anvendes til folier callus og omgivende bløde væv1,2,4. Når den ønskede brudforlængelse er nået, begynder distraktion stopper og konsolideringsperioden. I denne periode opretholdes den ekstern fiksator indtil folier knoglen er funktionel nok til at støtte dens fjernelse.

Forskellige parametre af påvirke knogle reparation som længde og sats på forlængelse, type af ekstern fiksator, hyppigheden af distraktion, længden af konsolideringsperioden eller type af mekanisk stress påføres den distraheret callus. Som et eksempel, kan sats og hyppigheden af forlængelse føre til for tidlig konsolidering5 eller afbrydelse af processen ved at skabe uoprettelige skader som nekrotisk væv eller cyster inden for callus6,7.

Mange protokoller er blevet anvendt til forskellige dyremodeller8,9,10 , at studere knogle reparationsprocesser og maksimere knogle konsolidering. Hos rotter, de fleste undersøgelser11,12,13,14,15 fokuseret på hvordan man kan forkorte-protokollen ved at fremskynde callus konsolidering. Nogle af disse eksperimentelle undersøgelser anvendes eksterne fixators allerede kommercielt tilgængelige til humane kliniske applikationer5,13,15,16. Disse typer af ekstern fiksator er imidlertid ikke egnet til på rotte lårbenet, som udstiller forskellige anatomiske karakteristika fra det menneskelige lårbenet. Desuden viser kun et par undersøgelser klart effektiviteten af deres protokoller i at opnå en funktionel folier ben7,16. Det er derfor vanskeligt at sammenligne resultaterne fra forskellige undersøgelser,, på grund af deres forskellige protokoller og manglende information om ekstern fiksator12,13,14,17.

Således var formålet med denne undersøgelse at beskrive i en rotte model, en effektiv og reproducerbare protokol for på lårbenet, som fører til en funktionel folier knogle. Med henblik herpå designet vi en hjemmelavet og nem at bruge ekstern fiksator især for rotte lårbenet, som vi har beskrevet i detaljer i denne protokol. I udarbejdelsen af de tekniske specifikationer for denne enhed, tog vi hensyn til alle de grundlæggende betingelser for en god fordeling af mekaniske belastninger og at undgå produktion af resterende stress. Den tekniske specifikation inkluderet en passende geometri til enheden til at tillade ren trækkraft på knogler og omkringliggende væv, en passende vægt for gangart i dyret, kontrol af længden af knogle strækforlængelse, og en god justering af knogle segmenter uden produktion af shear stress ved skæringspunktet mellem ben og ben. Desuden, denne enhed skulle være anvendelige uden sedation af dyret under distraktion, biokompatible og steriliserbar uden skader. Efter 7 uger af konsolideringen, denne protokol for på rotte lårbenet førte til en funktionel folier knogle, fremgår af dyrenes fysiologiske vægtbærende uden fraktur af folier callus efter fjernelse af ekstern fiksator. Den fysiologiske gangart af dyrene var i overensstemmelse med arkitektoniske parametre fremstillet af micro-CT analyse af folier callus og X-ray analyse.

Protocol

alle procedurerne blev godkendt af universitetet i Aix-Marseille institutionelle dyrs pleje og brug udvalg og franske forskning ministeriet og udført i Marseille medicinske fakultet (konventionel dyr hus Frankrig). 1. definere funktionelle specifikationer af ekstern fiksator baseret på følgende retningslinjer Optimer knogle anchorage. Implantat halv-threaded pins med en diameter (i afsnittet gevind) på 1 mm. Vælge et desig…

Representative Results

X-ray billeder taget fra slutningen af kirurgisk procedure til slutningen af konsolidering viste ingen lempelse af de halv-threaded pins i lårbenet, der angiver stabil anchorage. Benene var parallelle og velbevaret. Osteotomized yderpunkterne var godt tilpasset langs den langsgående akse af knoglen under proces (figur 2). I slutningen af perioden ventetid var ingen forkalkede områder synlige (fig. 2B). I slutn…

Discussion

Denne undersøgelse beskriver en reproducerbar protokol bestående af en passende ekstern fiksator design for rotte limb forlængelse, med en detaljeret kirurgisk teknik, der tillader fysiologiske vægtbærende af dyret efter fjernelse af ekstern fiksator. Vores protokol førte til en funktionel folier knogle. Efter 47 dage af konsolideringen fremkalde fjernelse af den hjemmelavede ekstern fiksator og 2 dage af fysiologiske vægtbærende af dyret ikke nogen fraktur af den regenererende callus. Takket være micro-CT genop…

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Dette arbejde blev støttet og finansieret af CNRS Mecabio udfordring.

Forfatterne takke dyrs pleje tekniker for pasning af dyrene under hele proceduren. Forfatterne også anerkende IVTV central Lyon, gennem Thierry Hoc. Tak til Marjorie Sweetko for sprogrevision.

Vi er så stor at Marylène Lallemand, Cécile Génovésio og Patrick Laurent for deres bidrag til denne eksperimentel undersøgelse.

Materials

Kétamine Renaudin 578 540-2 Supply by animal house
Médétomidine Virbac 6799091 Supply by animal house
Sevoflurane Centravet 567 477-2 Supply by animal house
Buprenorphine Indivor France 3400932731060 Supply by animal house
Enrofloxacine ChannelPharmaceutical Facturing FR/V/4955220 Supply by animal house
Piezotome Satelec Acteon F57510
Heating pet pad Therasage AL8365936 Supply by the animal house
Dental X-ray S.A.R.L Innovation médicales et dentaires WYZ – BLUEX
Winiwix Software Softys Dental PFT
Micro-CT system nanoScan SPECT/CT GEIT-31105EN (05/14) Subcontract by IVTV central Lyon
Micro-CT analysis Software phoenix datos X2 reconstruction none Free software
Electric razor Brawn GT415 Supply by animal house
Senn’s retractors Word Precision Instruments 501718 Blunt version
Betadine Solution Mundipharma Medical Company D08AG02 Supply by animal house
Resorbable suture thread (5.0) Ethicon JV1023 Supply by animal house
Rugine Word Precision Instruments 503406
Mayo-Hegar needle holder Word Precision Instruments V503382
Metal drill Beuterlock V020944018003
Micro Olsen-Hegar Needle-holder Word Precision Instruments 501989
Mayo scissor Word Precision Instruments 501752
Scalpel Word Precision Instruments 500236
Sprague-Dawley Janvier none 12 weaks and male

References

  1. Jauregui, J. J., Ventimiglia, A. V., Grieco, P. W., Frumberg, D. B., Herznberg, J. E. Regenerate Bone stimulation following limb lengthening: a meta-analysis. BMC Musculoskelet Disord. 17 (1), 407 (2016).
  2. Morcos, M. W., Al-Jallad, H., Hamdy, R. Comprehensive review of Adipose Stem Cells and Their Implication in Distraction Osteogenesis and Bone Regeneration. Biomed Res Int. 2015 (842975), 1-20 (2015).
  3. Cansü, E., Ünal, M. B., Parmaksizoglu, F., Gürcan, S. Distraction lengthening of the proximal phalanx in distal thumb amputations. Acta Orthop Traumatol Turc. 49 (3), 227-232 (2014).
  4. Singh, M., Vashistha, A., Chaudhary, M., Kaur, G. Biological Basis of Distraction Osteogenesis – A Review. J Oral Maxillofac Surg Med Pathol. 28 (1), 1-7 (2016).
  5. Sailhan, F., Gleyzolle, B., Parot, R., Guerini, H., Viguier, E. Rh-BMP-2 in Distraction Osteogenesis: Dose Effect and Premature Consolidation. Injury. 41 (7), 680-686 (2010).
  6. Schiller, J. R., Moore, D. C., Ehrlich, M. G. Increased Lengthening Rate Decreases Expression of Fibroblast Growth Factor 2, Platelet-Derived Growth Factor, Vascular Endothelial Growth Factor, and CD31 in a Rat Model of Distraction Osteogenesis. J Pediatr Orthop. 27 (8), 961-968 (2007).
  7. Aronson, J., Shen, X. C., Skinner, R. A., Hogue, W. R., Badger, T. M., Lumpkin, C. K. Rat Model of Distraction Osteogenesis. J Orthop Res. 15 (2), 221-226 (1997).
  8. Aida, T., Yoshioka, I., Tominaga, K., Fukuda, J. Effects of latency period in a rabbit mandibular distraction osteogenesis. Int J Oral Maxillofac Surg. 32, 54-62 (2003).
  9. Lammens, J., Liu, Z., Aerssend, J., Dequeker, J., Fabry, G. distraction Bone Healing Versus Osteotomy Healing: A Comparative Biochemical Analysis. J Bone Miner Res. 13 (2), 279-286 (1998).
  10. Isefuku, S., Joyner, C. J., Simpson, A. H. R. W. A Murine Model of Distraction Osteogenesis. Bone. 27 (5), 661-665 (2000).
  11. Eberson, C. P., Hogan, K. A., Moore, D. C., Ehrlich, M. G. Effect of Low-Intensity Ultrasound Stimulation on Consolidation of the Regenerate Zone in a Rat Model of Distraction Osteogenesis. J Pediatr Orthop. 23 (1), 46-51 (2003).
  12. Özdel, A., Sarisözen, B., Yalçinkaya, U., Demirag, B. The Effect of HIF Stabilizer on Distraction Osteogenesis. Acta Orthop Traumatol Turc. 49 (1), 80-84 (2015).
  13. Takamine, Y., et al. Distraction Osteogenesis Enhanced by Osteoblastlike Cells and Collagen Gel. Clin Orthop Relat Res. 399, 240-246 (2002).
  14. Wang, X., Zhu, S., Jiang, X., Li, Y., Song, D., Hu, J. Systemic Administration of Lithium Improves Distracted Bone Regeneration in Rats. Calcif Tissue Int. 96 (6), 534-540 (2015).
  15. Xu, J., et al. Human Fetal Mesenchymal Stem Cell Secretome Enhances Bone Consolidation in Distraction Osteogenesis. Stem Cell Res Ther. 7 (1), (2016).
  16. Yasui, N., et al. Three Modes of Ossification during Distraction Osteogenesis in the Rat. Bone Joint J. 79 (5), 824-830 (1997).
  17. Chang, F., et al. Stimulation of EP4 Receptor Enhanced Bone Consolidation during Distraction Osteogenesis. J Orthop Res. 25 (2), 221-229 (2007).
  18. Nyman, J. S., et al. Quantitative Measures of Femoral Fracture Repair in Rats Derived by Micro-Computed Tomography. J Biomech. 42 (7), 891-897 (2009).
  19. Hsu, J. T., Wang, S. P., Huang, H. L., Chen, Y. J., Wu, J., Tsai, M. T. The assessment of trabecular bone parameters and cortical bone strength: a comparison of micro-CT and dental cone-beam CT. J Biomech. 46, 2611-2618 (2013).
  20. Xue, J., et al. NELL1 Promotes High-Quality Bone Regeneration in Rat Femoral Distraction Osteogenesis Model. Bone. 48 (3), 485-495 (2011).
  21. Mark, H., Bergholm, J., Nilsson, A., Rydevik, B., Strömberg, L. An External Fixation Method and Device to Study Fracture Healing in Rats. Acta Orthop. 74 (4), 476-482 (2003).

Play Video

Cite This Article
Pithioux, M., Roseren, F., Jalain, C., launay, F., Charpiot, P., chabrand, P., Roffino, S., Lamy, E. An Efficient and Reproducible Protocol for Distraction Osteogenesis in a Rat Model Leading to a Functional Regenerated Femur. J. Vis. Exp. (128), e56433, doi:10.3791/56433 (2017).

View Video