En effektiv og reproducerbare protokol for distraktion Osteogenesis i en rotte Model fører til en funktionel folier lårben
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
Representative Results
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
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- Isefuku, S., Joyner, C. J., Simpson, A. H. R. W. A Murine Model of Distraction Osteogenesis. Bone. 27 (5), 661-665 (2000).
- 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).
- 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).
- Takamine, Y., et al. Distraction Osteogenesis Enhanced by Osteoblastlike Cells and Collagen Gel. Clin Orthop Relat Res. 399, 240-246 (2002).
- 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).
- Xu, J., et al. Human Fetal Mesenchymal Stem Cell Secretome Enhances Bone Consolidation in Distraction Osteogenesis. Stem Cell Res Ther. 7 (1), (2016).
- Yasui, N., et al. Three Modes of Ossification during Distraction Osteogenesis in the Rat. Bone Joint J. 79 (5), 824-830 (1997).
- Chang, F., et al. Stimulation of EP4 Receptor Enhanced Bone Consolidation during Distraction Osteogenesis. J Orthop Res. 25 (2), 221-229 (2007).
- 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).
- 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).
- Xue, J., et al. NELL1 Promotes High-Quality Bone Regeneration in Rat Femoral Distraction Osteogenesis Model. Bone. 48 (3), 485-495 (2011).
- 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).
