En effektiv och reproducerbara protokoll för distraktion Osteogenesis i en råtta modell leder till en funktionell regenererad lårbenet
Summary
Denna studie beskriver en reproducerbar och detaljerade protokoll som använder en nyutvecklad extern fixeringsanordning för distraktion osteogenesis (göra) i en femoral råtta modell som möjliggör fysiologiska viktbärande av djuret efter avlägsnande av den extern fixeringsanordning.
Abstract
Det här protokollet beskriver användningen av en nyutvecklad extern fixeringsanordning för distraktion osteogenesis i en råtta femorala modell. Distraktion osteogenesis (DO) är en kirurgisk teknik leder till bone regeneration efter en osteotomi. Osteotomized extremiteter flyttas bort från varandra som gradvis distraktion att nå den önskade töjning. Detta förfarande används ofta i människor för nedre och övre extremiteten förlängning, behandling efter ett ben avsaknad av hopläkning eller regenerering av ben defekt efter operation för Ben tumör excision, liksom i käkkirurgi återuppbyggnad. Endast ett fåtal studier tydligt visar effektiviteten i deras protokoll att få en funktionell regenererad ben, dvs., ben som kommer att stödja fysiologiska viktbärande utan fraktur efter avlägsnande av den extern fixeringsanordning. Dessutom protokoll för varierar och reproducerbarhet begränsas av brist på information, att göra jämförelse mellan studier svårt. Syftet med denna studie var att utveckla ett reproducerbara protokoll som omfattar en lämplig extern fixeringsanordning design för råtta lem förlängning, med en detaljerad kirurgisk teknik som tillåter fysiologiska viktbärande av djuret efter avlägsnande av externa fixeringsanordning.
Introduction
Distraktion osteogenesis (DO) är en kirurgisk teknik ofta används kliniskt1,2,3,4 i människor för lägre1,2 och övre3 lem förlängning, behandling efter ett ben avsaknad av hopläkning eller regenerering av ben defekt efter operation för Ben tumör excision såväl som i käkkirurgi återuppbyggnad4. GÖR leder till bone regeneration efter placering av en extern fixeringsanordning i ben och osteotomi. Osteotomized extremiteter flyttas bort från varandra som gradvis distraktion2 att nå det önskade töjning. En konsolideringsperioden följer, under vilken det finns inga fler töjning.
Förfarandet för är uppdelad i tre olika faser: latens, distraktion och konsolidering. Generellt, en 7-dagars latens period startar bara efter osteotomi4. Detta tillåter ben reparation att påbörja det första steget av helande process4. Latens period följs av en distraktion period där traction styrkor tillämpas till regenererad förhårdnader och omgivande mjukdelar1,2,4. När den önskade töjning nås, börjar distraktion stannar och konsolideringsperioden. Under denna period upprätthålls den extern fixeringsanordning tills regenererad ben är funktionell nog att stödja dess avlägsnande.
Olika parametrar påverkar ben reparation som längd och hastighet av förlängande, typ av extern fixeringsanordning, frekvensen av distraktion, längd av konsolideringsperioden eller typ av mekanisk stress tillämpas på den distrahera förhårdnader. Som ett exempel, kan hastighet och frekvens av förlängning leda till förtida konsolidering5 eller avbrott i processen genom att skapa icke-ersättningsgilla skada som nekrotisk vävnad eller cystor inom callus6,7.
Många gör protokoll har varit tillämpad till olika djurmodeller8,9,10 att studera ben reparationsprocesser och maximera ben konsolidering. Hos råttor, de flesta studier11,12,13,14,15 fokuserade på hur man kan förkorta protokollet genom att påskynda callus konsolidering. Några av dessa experimentella studier för mänskliga kliniska tillämpningar5,13,15,16externa fixeringssystemen redan kommersiellt tillgängliga. Dessa typer av extern fixeringsanordning är dock inte lämpliga för DO på råtta lårbenet, som uppvisar olika anatomiska egenskaper från den mänskliga lårbenet. Endast ett fåtal studier visar dessutom tydligt effektiviteten i deras protokoll att få en funktionell regenererad ben7,16. Det är därför svårt att jämföra resultat från olika göra undersökningar, på grund av deras olika protokoll och bristande information om extern fixeringsanordning12,13,14,17.
Således, syftet med denna studie var att beskriva, i en råtta modell, en effektiv och reproducerbara protokoll för på lårbenet som leder till en funktionell regenererad ben. För detta ändamål har vi utformat en hemmagjord och lätt-till-använda extern fixeringsanordning särskilt för råtta lårbenet, vilket vi har beskrivs i detalj i detta protokoll. Vid utarbetandet av de tekniska specifikationerna för enheten, tog vi hänsyn till alla grundläggande begränsningar för en bra fördelning av mekaniska spänningar och undvika produktion av restspänningar. Teknisk specifikation ingår ett lämpligt geometri för att enheten ska tillåta ren dragkraft på ben och omgivande vävnad, en lämplig vikt för gångarten djuret, kontroll av längd ben töjning och en bra justering av ben segment utan produktion av skjuvspänning i skärningspunkten mellan stift och ben. Denna enhet hade dessutom vara användbara utan sedering av djuret under distraktion, biokompatibla och steriliserbar utan skador. Efter 7 veckor av konsolidering, detta protokoll för DO på råtta lårbenet ledde till en funktionell regenererad ben, framgår av djurens fysiologiska viktbärande utan fraktur av den regenererade förhårdnader efter avlägsnande av den extern fixeringsanordning. Den fysiologiska gångarten av djuren var förenligt med arkitektoniska parametrar erhålls från mikro-CT analys av regenererad förhårdnader och Röntga analys.
Protocol
Representative Results
Discussion
Denna studie beskriver en reproducerbar protokoll som omfattar en lämplig extern fixeringsanordning design för råtta lem förlängning, med en detaljerad kirurgisk teknik som tillåter fysiologiska viktbärande av djuret efter avlägsnande av den extern fixeringsanordning. Vår protokollet ledde till en funktionell regenererad ben. Efter 47 dagar av konsolidering inducerade borttagande av den hemmagjord extern fixeringsanordning och 2 dagar av fysiologiska viktbärande av djuret inte någon fraktur i den regenererande…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Detta arbete var stöds och finansieras av CNRS Mecabio utmaningen.
Författarna vill tacka djurvård teknikern för att ta hand om djuren under hela förfarandet. Författarna också erkänna IVTV centrala Lyon, genom Thierry Hoc. Tack till Marjorie Sweetko för språkgranskning.
Vi är tacksamma att Marylène Lallemand, Cécile Génovésio och Patrick Laurent för deras bidrag till denna experimentell studie.
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).
