Waiting
Login processing...

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

Bioengineering

Un protocolo eficiente y Reproducible para la osteogénesis de la distracción en un modelo de rata a un fémur regenerado funcional

Published: October 23, 2017 doi: 10.3791/56433
* These authors contributed equally

Summary

Este estudio describe un protocolo reproducible y detallado usando un fijador externo desarrollado recientemente para la osteogénesis de la distracción () en una rata femoral modelo que permisos fisiológica portantes por el animal después del retiro del fijador externo.

Abstract

Este protocolo describe el uso de un fijador externo desarrollado recientemente para la osteogénesis de la distracción en un modelo femoral de la rata. Distracción osteogénica (DO) es una técnica quirúrgica para la regeneración después de una osteotomía del hueso. Las extremidades osteotomized se mueven lejos de uno a por distracción gradual para alcanzar la elongación deseada. Este procedimiento es ampliamente utilizado en los seres humanos para miembro superior e inferior, alargamiento, tratamiento después de un hueso no sindical, o la regeneración de un defecto del hueso después de la cirugía para extirpación de tumor de hueso, así como en la reconstrucción maxilofacial. Sólo unos pocos estudios demuestran claramente la eficacia de su protocolo en la obtención de un funcional del hueso regenerado, es decir, hueso que carga fisiológica sin fractura después del retiro del fijador externo. Además, protocolos para variar y reproducibilidad es limitada por falta de información, comparación entre los estudios difíciles. El objetivo de este estudio fue desarrollar un protocolo reproducible que comprende un diseño adecuado de fijador externo para rata miembro alargamiento, con una técnica quirúrgica detallada que permite carga fisiológica por el animal después del retiro de la externa fixator.

Introduction

Distracción osteogénica (DO) es que una técnica quirúrgica ampliamente utilizado clínicamente1,2,3,4 en humanos de1,inferior2 y superior3 alargamiento de extremidades, tratamiento después de un hueso no sindical, o la regeneración de un defecto del hueso después de la cirugía para la supresión del tumor del hueso, así como en reconstrucción maxilofacial4. NO conduce a la regeneración del hueso después de la colocación de un fijador externo en hueso y osteotomía. Las extremidades osteotomized se mueven lejos de uno a por distracción gradual2 para alcanzar la elongación deseada. Sigue un período de consolidación, durante el cual no hay más elongación.

El procedimiento de hacer se divide en tres fases: latencia, distracción y consolidación. Por lo general, un período de latencia 7 días comienza justo después de la osteotomía4. Esto permite la reparación ósea comenzar el paso inicial de la curación del proceso4. El período de latencia es seguido por un periodo de distracción donde las fuerzas de tracción se aplican a los callos regenerados y los tejidos blandos circundantes1,de2,4. Una vez alcanzada la elongación deseada, se detiene la distracción y el período de consolidación comienza. Durante este período, el fijador externo se mantiene hasta que el hueso regenerado es funcional para apoyar su retirada.

Varios parámetros de influir en la reparación de hueso tales como longitud y la tasa de alargamiento, tipo de fijador externo, frecuencia de distracción, la duración del período de consolidación, o tipo de estrés mecánico aplicado al callo distraído. Por ejemplo, la tasa y frecuencia de alargamiento pueden conducir a consolidación prematura5 o interrupción del proceso creando daños irrecuperables como tejido necrótico o quistes dentro del callo6,7.

Muchos protocolos han sido aplicadas a diferentes modelos animales8,9,10 para estudiar procesos de reparación del hueso y para maximizar la consolidación ósea. En ratas, la mayoría estudios11,12,13,14,15 se centró en Cómo acortar el Protocolo por acelerar el callo de consolidación. Algunos de estos estudios experimentales utilizan Fijadores externos ya comercialmente disponibles para aplicaciones clínicas humanas5,13,15,16. Sin embargo, estos tipos de fijador externo no son adecuados para hacer en el fémur de la rata, que exhibe diversas características anatómicas del fémur humano. Por otra parte, sólo unos pocos estudios demuestran claramente la eficacia de los protocolos en la obtención de un hueso regenerado funcional7,16. Por lo tanto es difícil comparar los resultados de varios estudios, debido a sus diferentes protocolos y la falta de información sobre el fijador externo12,13,14,17.

Así, el objetivo de este estudio fue describir en un modelo de rata, un protocolo eficiente y reproducible para el DO en el fémur que conduce a un funcional del hueso regenerado. Para ello, hemos diseñado un fixator externo casero y fácil de utilizar especialmente para el fémur de la rata, que hemos descrito en detalle en el presente Protocolo. En la redacción de las especificaciones técnicas de este dispositivo, se tomaron en cuenta todas las limitaciones fundamentales para una buena distribución de tensiones mecánicas, evitando la producción de tensión residual. Las especificaciones técnicas incluyen una geometría adecuada para el dispositivo permitir la tracción pura en los huesos y el tejido circundante, un peso adecuado para la marcha del animal, control de la longitud de alargamiento de hueso y una buena alineación de los segmentos de hueso sin producción de tensión de esquileo en la intersección de los pernos y el hueso. Además, este dispositivo tenía que ser utilizable sin sedación del animal durante la distracción, biocompatible y esterilizable sin daño. Después de 7 semanas de consolidación, este protocolo para en el fémur de rata condujo a un hueso regenerado funcional, demostrado por carga fisiológica los animales sin fractura del callo regenerado después del retiro del fijador externo. La marcha fisiológica de los animales era constante con parámetros arquitectónicos obtenidos de análisis de micro-CT de callos regenerados y rayos x.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

todos los procedimientos descritos fueron aprobados por la Universidad de Aix-Marseille institucional animal uso y cuidado Comité y el Ministerio francés de investigación y realizados en la casa de animales convencional de (Facultad de medicina de Marsella Francia).

1. definir las especificaciones funcionales del fijador externo en las siguientes guías

  1. anclaje de hueso optimizar.
    1. Implante pernos de media rosca de 1 mm de diámetro (de la sección roscada).
  2. Elegir un diseño para reducir las molestias para el animal.
    1. Elegir un fijador externo de un tamaño pequeño que cabe en un volumen de 7.723 mm 3 (32 x 19 x 12,7 mm).
    2. Elegir un fijador externo con bajo peso, menos de 13 g sin las clavijas, para evitar molestar a los animales ' marcha. Elegir el aluminio como material para los dos bloques debido a su baja densidad.
      Nota: Los chaflanes de los bloques disminuyen considerablemente el peso de las dos partes.
  3. Controlar el movimiento del fixator tal que la dirección de la fuerza de tracción se mantiene paralela a la dirección del hueso y asegurar las fuerzas de tracción puras.
    1. Uso un deslizamiento de la barra pasa por los dos bloques. Surco y abrir los bloques por lo que cada uno puede llevar pasadores.
    2. Utilizar un tornillo de alargamiento con una cara lisa que gira libremente en el bloque y puede ser agarrado con los dedos y con una parte roscada que desplaza el segundo bloque de rotación. Fijar pasadores al hueso, a cada lado de la fractura, para mantener la dirección de la fuerza de tracción paralela a la dirección del hueso. Mantener las fuerzas de tracción en el eje longitudinal para permitir la buena distribución de la tensión en los pernos. Asegure las cuatro clavijas con tornillos de seguridad.
  4. Elegir materiales como aluminio, titanio y acero que puede resistir temperaturas de esterilización.
  5. Garantizar que la colocación del perno corresponde a la geometría del fijador externo ( figura 1 -B).
    1. Use una perforación guía que contiene una abrazadera apretada en el hueso para mantener la posición de perforación.
    2. Acortar el brazo de palanca de la abrazadera de baja fuerza de sujeción. Coloque la abrazadera en el centro del dispositivo, por encima de la fractura futura, para borrar las partes.
  6. Hacer la distracción fácil manual de ajustar mediante la adición de un tornillo moleteado para apretar y soltar el bloque móvil.
    1. Usar un tornillo lo suficientemente amplio como para manipular con los dedos solo.
    2. Añadir una tuerca cuadrada perforado en medio de los tornillos de alargamiento entre los dos bloques, para permitir la fácil distracción.
    3. Hacer esta tuerca cuadrada (8 mm a cada lado) más grande que los dos bloques para permitir el uso manual con un alfiler fino o cualquier tipo de objeto. Gire el tornillo de ¼ de vuelta para permitir un alargamiento de 0,125 mm.

2. Cirugía

Nota: un asistente es necesario para todos los procedimientos quirúrgicos. Cuatro 12 semanas de edad ratas Sprague Dawley machos fueron alimentadas con una dieta estándar de laboratorio del ad libitum.

  1. Preparar herramientas quirúrgicas.
    1. Esterilizar todos los instrumentos quirúrgicos siguientes: 1 rugine, Senn 2 ' retractores de s, 1 micro Olsen-Hegar-sostenedor de la aguja, 1 portaagujas Mayo-Hegar, tijera mayo 1 y 1 bisturí.
    2. Esterilizar el fijador externo, la guía de barrenado, 4 pernos de rosca por la mitad, 4 tornillos, la punta y la cadena del taladro y la punta y la cuerda del piezotome. Esterilice en autoclave a 135 ° C durante 18 minutos los estos instrumentos
    3. Instalar una almohada debajo del campo estéril, en la mesa quirúrgica. Coloque todos los instrumentos o herramientas en un campo estéril otro.
  2. Anesthetize y preparar a los animales.
    1. Pesa la rata para preparar la anestesia y la mezcla analgésica
    2. determinar y calcular la cantidad de Bupremorphine y Carprofen para preparar la mezcla analgésica espontáneamente. Utilizar buprenorfina (0,03 mg/mL) y carprofeno (5 mg/mL) respectivamente en 0,05 mg/kg y 5 mg/kg.
    3. Refrenar la rata y por vía subcutánea inyectar la mezcla analgésica. espere unos segundos, y luego inyectar por vía intraperitoneal la mezcla anestésica.
    4. Afeitar las extremidades derecha con una afeitadora eléctrica y desinfectar la extremidad con solución de povidona-yodo.
    5. Poner el animal lateralmente (lado derecho hacia arriba) en el campo estéril para permitir la correcta posición del fijador externo en el eje mediolateral.
    6. Poner una compresa estéril en su cabeza para proteger sus ojos durante la cirugía.
  3. Implantar el fijador externo en fémur.
    1. Punto de referencia la incisión en la piel. Con un marcador, dibuje un punto de la parte distal (rodilla) y un segundo punto en la parte proximal (cadera) siguiendo la línea media en el plano sagital. Luego trace una línea entre estos 2 puntos.
    2. Incidir la piel se extendía a lo largo de la línea de dibuja usando un bisturí.
    3. Corte entre el bíceps femoral y vasto lateral hasta que el fémur está totalmente expuesto, con la ayuda de un bisturí. Uso los 2 Senn ' retractores de s (pueden requerir un asistente) para facilitar la incisión muscular.
    4. Levantar el periostio y desconectar el tejido blando del hueso con la ayuda de un rugine.
    5. Compruebe que el fémur expuesto es suficiente.
      1. Inserte las clavijas en agujeros más proximales y distales de fixator externo.
      2. Colocar el fijador externo y compruebe que los pines pueden ser anclados en el fémur.
    6. 4 implantes paralelos pernos de media rosca de 1 mm en el fémur.
      1. Tomar la guía de barrenado y aparte mover los músculos con 2 Senn ' retractores de s. Apriete la abrazadera de la guía de perforación en el fémur.
      2. Taladro 4 agujeros previamente en el fémur. Utilizando un taladro eléctrico, perforar a una velocidad de 2.000 rpm al pasar una broca de metal de 0,6 mm de diámetro a través de los orificios de 4 guía. Agujeros
        1. Inicio con el más proximal y distal y acabado con los dos medio de la guía. Tenga cuidado al ir a través de ambas cortezas pero no a dañar los tejidos blandos debajo del fémur.
      3. Despegar de la guía de barrenado.
      4. Agrande los pre-orificios 4 con perno de rosca media de 0,8 mm.
        1. Trabajo el perno hacia adelante y hacia atrás a través de 0,6 mm agujeros. Tenga cuidado de que permanezca perpendicular al fémur y al fregadero a través de ambas cortezas.
      5. Pernos de media rosca de 1 mm del implante.
        1. Agarrar la cabeza del perno de rosca medio 1 mm con un sostenedor de la aguja.
        2. Fregadero de la clavija para agrandar el agujero antes. Compruebe que los pernos penetran ambas cortezas y no sobresalgan más de 1 mm, con un Senn ' retractor s.
      6. Conectarse el fixator del external de los 4 pernos de media rosca. Asegúrese de que el desplazamiento (distancia entre el fixator ' s dos bloques y la superficie del hueso) es aproximadamente de 6 mm permitir la fácil puntadas y buena rigidez del sistema 18.
      7. Seguro los 4 tornillos de fijación para que el fijador externo está bloqueado a los pins de.
  4. Osteotomize fémur.
    1. Realizar una osteotomía entre los 2 pines centrales con un piezotome.
    2. Cerrar el woy con una puntada continua con un hilo de sutura reabsorbible (5.0) y portaagujas Mayo-Hegar. Asegúrese de que sólo la piel se sutura y no los músculos.
  5. Verificar las cirugía y monitor animales.
    1. Realizar una radiografía sólo después de la cirugía, mientras que el animal todavía está anestesiado. Verificar la profundidad de todos los pernos y las extremidades osteotomized alineadas siguiendo el eje largo.
    2. Asegúrese de que la analgesia y antibioprophylaxy por la inyección subcutánea de buprenorfina (0,03 mg/mL) y enrofloxacina (50 mg/mL) respectivamente en 0,05 mg/kg y 10 mg/kg.
    3. Determinar y calcular la cantidad de antipamezole para revertir la anestesia. Tenga antipamezole a 1mg/kg y una inyección subcutánea para administrar el producto. Permitir que el animal recuperar la conciencia y regresar a su jaula.
    4. Seis horas después de la cirugía, inyectar una segunda dosis de la mezcla de analgesia (buprenorfina y Carprofen) respectivamente en 0,05 mg/kg y 5 mg/kg por vía subcutánea.
      Para los próximos 3 días por lo menos, dan estas inyecciones dos veces al día para la mezcla de analgesia y una vez al día para la antibioprophylaxy. Exámenes clínicos regulares deben realizarse para evaluar la efectividad de la analgesia y deben ser modificados según los signos de comportamiento de cada animal.
    5. Compruebe que los animales pueden caminar utilizando sus extremidades funcionado normalmente en el día después de la cirugía.

3. Distracción

  1. deja el fixator del external neutral fijación para 1 semana. Rayos x, el miembro al final de esta fase. Compruebe la posición de los pernos y la alineación de los segmentos de hueso.
  2. Manual gire la tuerca cuadrada media vuelta (0,25 mm) cada 12 h para llevar a cabo la distracción. Distraer durante 10 días, que debe conducir a una prolongación de hueso de 5mm, que representan un 12% alargamiento en relación a la longitud inicial del segmento de hueso operado.
    1. No anestesiar el animal durante esta etapa. El miembro medio camino a través y al final de este periodo para comprobar la posición de los pernos y alineación de los segmentos de hueso de rayos x.
  3. Mantener el fijador externo de 47 días. Rayos x la extremidad cada semana para comprobar el progreso de la calcificación de brecha distraído. En día 64, retirar el fijador externo y dejar que el animal a pie libremente por 2 días más (66 días). El período de consolidación total dura 7 semanas.
  4. Eutanasia todas las ratas después de 7 semanas de consolidación con una sobredosis de inhalado sevoflurane.
  5. Resección fémur distraído y contralateral sin los tejidos circundantes.
    1. Hacer una incisión en la piel de la cicatriz ubicada en la línea media el plano sagital con la ayuda de un bisturí. Ejecutar la incisión desde la parte superior de la cadera al frente de la rodilla.
    2. Corte entre el bíceps femoral y vasto lateral con un bisturí hasta que el fémur quede completamente expuesto. Tanto como sea posible, desconecte el músculo atado hueso.
    3. Corte todos los ligamentos de la rodilla y desmontar la articulación.
    4. Cortar la cápsula de la articulación de la cadera.
    5. Limpiar el hueso sin quitar los pasadores de rosca por la mitad. Eliminar todo el tejido blando con un bisturí.
  6. El fémur contralateral Repita los pasos de 3.5.1 a 3.5.5.
  7. Radiografía de fémur distraído y contralateral. Retire los 4 pernos de media rosca y almacenar todos los fémures a-20 ° C para el análisis micro-CT scan (resolución de 10 μm).

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

Las imágenes de rayos x tomadas desde el final del procedimiento quirúrgico hasta el final de la consolidación no demostraron ningún aflojamiento de los pernos de rosca por la mitad en el fémur, indicando el anclaje estable. Los pasadores eran paralelos y bien conservado. Las extremidades osteotomized estaban bien alineadas a lo largo del eje longitudinal del hueso durante el proceso de (figura 2). Al final del período de latencia, áreas calcificadas no fueron visibles (figura 2B). Al final del período de distracción, algunas áreas calcificadas eran visibles cerca de las cortezas preexistentes (figura 2C). Después de 28 días de consolidación (día 45), la región no calcificado de la brecha entre las extremidades osteotomized fue menor y observamos un callo perióstico cerca de la brecha, sino también a nivel de los pernos (figura 2D). Después de 47 días de consolidación (64 días), el regeneración de callo fue totalmente puenteado (figura 2E). Después de retiro del fijador externo y 2 días de carga fisiológica, los animales tenían marcha fisiológica y no había evidencia de fractura (figura 2F).

Análisis de micro-CT en 3D de las serie secciones longitudinales de la regeneración del callo demostraron que puente calcificado estaba siempre presente (figura 3A-D). Un continuo cortical externa se observó en la periferia del callo regeneración (figura 3C, D). Según los perfiles longitudinales, el regeneración de callo fue llenado completamente por una red de trabéculas óseas. Después de 49 días de consolidación (66 días), una región menos mineralizada permanecía en el centro del hueso regenerado (figura 3E-F). Los parámetros arquitectónicos de lo micro-CT indicaban que la fracción de volumen medio (BV/TV) para el regeneración del callo y el fémur contralateral fueron respectivamente 55% 13 y el 97.85% ± 1.7 (tabla 1 y tabla 2). El valor promedio de la densidad mineral ósea volumétrica (vBMD) para la regeneración de callo fue de 750 mg/cm3 ± 25. El valor promedio de la superficie transversal fue mayor para el callo regeneradora que para el fémur contralateral (17,23 mm2 vs 9,3 9,5 mm2 ± 1.2) (tabla 1 y tabla 2). El grosor cortical medio callo era más delgado que el grosor cortical del fémur contralateral (0,317 mm ± 0,04 vs 0,6 mm ± 0.05) (cuadros 1 y 2).

Figure 1
Figura 1: diseño asistido por ordenador (CAD) de fijador externo y la guía de barrenado. (A) CAD del fijador externo con las clavijas. ()B) CAD de la perforación guía. Barra de escala = 5 mm. haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figure 2
Figura 2: radiografías de representante de un fémur de rata en varios puntos del tiempo. Rayos x radiografías del callo distraído a los días 0, 7, 17, 45, 64 y 66. (A) luego se toman radiografías después de la cirugía (día 0). (B) radiografía de rayos x tomada después del período de latencia de 7 días. No callo calcificado es evidente cerca de las extremidades osteotomized (OE). (C) al final de la distracción, una zona pequeña, pobremente calcificada es evidente cerca de las extremidades osteotomized (zona rectangular). (D) después de 28 días de consolidación (día 45), la brecha entre las extremidades osteotomized (*) y un segundo lugar cortical es evidente (flecha amarilla). (E) la radiografía después de 47 días de consolidación radiografía de rayos x (día 64) (F) tomada después de 49 días de consolidación (66 días), con dos días de carga fisiológica. Barra de escala = 1 mm. haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figure 3
Figura 3: reconstrucción 3D de micro-CT del callo distraído de un fémur de rata. La mineralización del hueso es ilustrada por el color que van del amarillo al azul. (A, B) Representación del puente de las cortezas del callo distraído tras el anteroposterior y el eje longitudinal. (C, D) Sección proximal y distal, revelando el hueso cortical inicial (flecha negra) y las cortezas puente del callo distraído (flecha amarilla) (E, F) 3D perfiles longitudinales del callo distraído después de 7 semanas de consolidación: el callo se llena por una red de hueso trabecular. Barra de escala = 1000 μm. calibración de la barra = 0 a 2,54 g/cm3 (amarillo = 1,73 g/cm3, color de rosa = 0,84 g/cm3y azul = 0,17 g/cm3). Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Table 1
Tabla 1: Callo parámetros del fémur distraído después de 49 días de consolidación. La región de interés (ROI) seleccionada para calcular todos los parámetros fue la zona entre las extremidades osteotomized. Se calcularon todos los valores obtenidos para cada rata en cada segmento de la pila de la imagen. Los resultados se expresaron como media ± desviación estándar. BV/TV: fracción de volumen; CSA: área de sección transversal; vBMD: hueso densidad mineral; Ct.Th: grosor cortical.

Table 2
Tabla 2: Parámetros contralaterales del fémur intacto después de 49 días de consolidación. Se calcularon todos los valores obtenidos para cada rata en cada segmento de la pila de la imagen. Los resultados se expresaron como media ± desviación estándar. BV/TV: fracción de volumen; CSA: área de sección transversal; Ct.Th: grosor cortical.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

Este estudio describe un protocolo reproducible que comprende un diseño adecuado de fijador externo para rata miembro alargamiento, con una técnica quirúrgica detallada que permite carga fisiológica por el animal después del retiro del fijador externo. Nuestro protocolo condujo a un funcional del hueso regenerado. Después de 47 días de consolidación, retiro del fijador externo casero de 2 días de carga fisiológica por el animal no indujo cualquier fractura del regeneración del callo. Gracias a la reconstrucción micro-CT, la evidencia de un puente completo confirmó que el callo regenerado era funcional. Un estudio anterior demostró claramente una correlación positiva entre la presencia de un puente calcificado y la carga que un callo regenerado puede sostener19. Por otra parte, la vBMD de los callos regenerados fue aproximadamente el 67% de la vBMD de la parte de diáfisis del fémur de la extremidad controlateral del20. También se encontró una media vBMD del callo regenerado que era cercano al valor descrito21. Esto pone de relieve el entorno estable creado por el fixator externo casero hacia la reparación de hueso eficiente. Además, el fijador fue bien tolerado por los animales. La colocación y el peso ligero de fijador externo no molestar movimientos de los animales, por lo que fueron capaces de caminar justo después de la cirugía.

A lo largo del Protocolo, ninguna rotura o aflojamiento de pernos ocurrió, evidencia de que el procedimiento de roscado asegura una efectiva y estable de anclaje de los pernos en el fémur. Es crucial que los pernos están bien anclados para la buena estabilidad de la del micro entorno: aflojar un perno se ha demostrado para reducir por mitad la rigidez del dispositivo18. Por otra parte, ratas se deben alojadas individualmente en jaulas con una cubierta plana especialmente diseñada para evitar que el animal lo montan el fixator externo. La distracción del callo regeneración manual y fácil de realizar perno aflojar los límites pero también evita tener que sedar a los animales cada 12 h durante varios días y contribuye a la confiabilidad y eficiencia del fixator externo casero. Otro punto importante a verificar es que los pasadores de penetran ambas cortezas y no sobresalgan más de 1 mm. Este paso es sensible, y si las radiografías de rayos x confirman no apropiada colocación de los pernos, esto debe ser corregido manualmente usando un porta aguja Mayo-Hegar mientras el animal aún está anestesiado. El protocolo tiene algunas limitaciones. Es un protocolo lento y restricción, que limita el número de animales en que se puede utilizar. Por otra parte, dada la destreza necesaria y la meticulosidad de la cirugía, el procedimiento podría tomar un par de pistas de práctica para dominar.

Durante el procedimiento de hacer, se mantuvo la alineación de las extremidades osteotomized. Al implantar los pernos en el fémur, es muy importante que use una perforación guía para que los pasadores de rosca medio son paralelos, lo que garantiza buena distribución de la tensión mecánica sin producción de tensión de esquileo a lo largo de la distracción y consolidación fases. También es muy importante limpiar la herida diariamente para evitar cualquier bloqueo de la tuerca cuadrada que dificultaría la distracción manual, que podría afectar la alineación de las extremidades osteotomized y el correcto anclaje de pernos. Cómo proceder a la osteotomía representa el último punto clave para la regeneración. La osteotomía debe realizarse con un piezotome para asegurar una sección uniforme y regular osea y para prevenir necrosis térmica inducida y daño a los tejidos blandos circundantes. Por otra parte, a veces se genera calor excesivo cuando taladre los pre orificios. Un sistema de irrigación juntado con el taladro eléctrico puede utilizarse para prevenir la necrosis térmica inducida.

Para concluir, se describe un protocolo eficiente y reproducible, en un modelo femoral de la rata, para hacer que lleva a un funcional del hueso regenerado. Diseño de un fijador externo casero basado en las características anatómicas del fémur de rata permitió un ambiente estable generado y la formación de un callo regenerado calcificada que se consolidó lo suficiente apoyo fisiológico soporte de peso de los animales. Nuestro siguiente objetivo es utilizar este protocolo reproducible para determinar el período de consolidación mínimo compatible con un hueso regenerado funcional. El objetivo posterior será mejorar la técnica de hacer, sobre todo buscando formas de acortar el período de consolidación. Este protocolo reproducible también podría ser útil para identificar los mecanismos implicados en la reparación del hueso. Por último, las características del fixator externo hecho en casa hacen utilizable en la práctica clínica para el alargamiento de dedo humano.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

Los autores no tienen nada que revelar.

Acknowledgments

Este trabajo fue apoyado y financiado por el desafío de la Mecabio del CNRS.

Los autores agradecen al técnico del cuidado de los animales para el cuidado de los animales durante todo el procedimiento. Los autores también reconocen IVTV centro de Lyon, a través de Thierry Hoc. Gracias a Marjorie Sweetko para la revisión de la lengua.

Estamos agradecidos a Marylène Lallemand, Cécile Génovésio y Patrick Laurent por su contribución a este estudio experimental.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
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

DOWNLOAD MATERIALS LIST

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).

Tags

Bioingeniería número 128 osteogénesis de la distracción fijador externo alargamiento del hueso modelo de la rata procedimiento quirúrgico micro-CT
Un protocolo eficiente y Reproducible para la osteogénesis de la distracción en un modelo de rata a un fémur regenerado funcional
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Pithioux, M., Roseren, F., Jalain,More

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).

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