En minimalinvasiv modell för att analysera Endochondral Fracture Healing hos möss Under standardiserade biomekaniska förhållanden
Summary
Det här protokollet beskriver en minimalinvasiv osteosyntes teknik med en intramedullär skruv för standardiserade stabilisering av lårben frakturer, som kan användas för att analysera endochondral ben healing hos möss.
Abstract
Ben helande modeller är nödvändigt att analysera de komplexa mekanismerna för fraktur healing för att förbättra kliniska fraktur. Under det senaste decenniet noterades en ökad användning av mus-modeller i ortopedisk forskning, troligen eftersom musmodeller erbjuder ett stort antal genetiskt modifierade stammar och särskilda antikroppar för analys av molekylära mekanismer av frakturläkning. För att styra de biomekaniska villkor, är välkarakteriserad osteosyntes tekniker obligatorisk, även hos möss. Här rapporterar vi om utformning och användning av ett stängt ben healing modell att stabilisera lårben frakturer hos möss. Intramedullära skruven, av medicinsk kvalitet rostfritt stål, ger genom fraktur komprimering en axiell och roterande stabilitet jämfört med de oftast använda enkla intramedullära stift, som visar en total avsaknad av axial och roterande stabilitet. Stabilitet uppnås genom intramedullära skruven tillåter analys av endochondral healing. En stor mängd callus vävnad, fick efter stabilisering med skruven, erbjuder idealiska förutsättningar att skörda vävnad för biokemiska och molekylära analyser. En ytterligare fördel med användningen av skruven är det faktum att skruven kan infogas i lårbenet med minimalinvasiv teknik utan att skada på den mjuka vävnaden. Sammanfattningsvis är skruven ett unikt implantat som helst kan användas i sluten fraktur healing modeller erbjuder standardiserade biomekaniska förhållanden.
Introduction
Ben helande studier på möss är stor efterfrågan på grund av ett brett spektrum av antikroppar och genetiskt modifierade djur. Dessa fakta gör för att studera molekylära mekanismer för ben healing1. I de senaste åren utvecklat olika ben healing modeller för möss har varit2. Dessa modeller kan delas in i öppna modeller, där benet är osteotomized med en öppen laterala kirurgisk metod och i slutna modeller, där benet är splittrad fraktur som förebild infördes genom Bonnares och Einhorn3. Med denna teknik, en standardiserad tvärgående fraktur kan produceras av en 3-punkts bockning enhet och intramedullära implantat kan sättas in genom en liten mediala parapatellar snitt i en minimalinvasiv teknik att undvika en stor mjuk vävnad trauma.
Intramedullära skruven kan tillämpas för sluten fraktur stabilisering i möss. Skruven har roterande och axiella stabiliteten. Detta uppnås genom fraktur komprimering genom en proximal tråd och en distal huvud4. Ytterligare fördelar med skruven är den enkla operationsteknik, låg grad av invasivity, låga implantat vikt och, framför allt, en högre stabilitet som tillhandahåller standardiserade och kontrollerad biomekaniska villkor jämfört med andra intramedullära implantat5. I själva verket i de mest slutna frakturer modellerna, fragmenten stabiliseras endast av enkel pins, som är associerade med en total avsaknad av roterande och axiella stabiliteten och en hög risk för pin och också fraktur dislokation. Detta kan påtagligt påverka läkningsprocessen, vilket kan leda till fördröjd läkning eller icke-union bildas.
Det är väl känt att stabiliteten i frakturfixering har en enorm inverkan på den läkande process6,7. En hög stel fixering resulterar i intramembranous healing, medan en mindre stelbent fixering, som kan möjliggöra micromovements fraktur gapet, resulterar i endochondral healing. Stabilisering av frakturen med intramedullära skruven visar huvudsakligen en endochondral healing med en stor mängd callus vävnad, särskilt efter 2 veckors frakturläkning. Möjlighet att skörda en stor mängd callus vävnad möjliggör analys av flera parametrar genom olika tekniker.
Här rapporterar vi om utformning och tillämpning av intramedullära skruven i möss, liksom på dess fördelar och nackdelar i experimentella studier på normala endochondral benläkning.
Protocol
Representative Results
Discussion
Kritiska steg av det kirurgiska ingreppet är att hitta den rätta startpunkten för skruv implantation i mitten av lårbenet kondyler vid intercondylar skåran samt optimal orientering på nålen parallellt med ben axeln för brotschning av den intramedullära hålighet. För att undvika en felaktig post position, bör kirurgen förbereda skåran tills en optimal vy uppnås. För att styra orientering under brotschning, bör lårbenet av möss hållas med fingrarna i en stabil position. Ytterligare ett avgörande steg ?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Detta arbete stöds av RISystem AG, Davos, Schweiz.
Materials
| Mouse Screw | RISystem AG | 221,100 | |
| Guide wire | RISystem AG | 521,100 | |
| Centering bit | RISystem AG | 590,205 | |
| Hand drill | RISystem AG | 390,130 | |
| Cotton-Swab (150 mm, small head) | Fink Walter GmbH | 8822428 | |
| Suture (5-0 Prolene) | Ethicon | 8614H | |
| Forceps | Braun Aesculap AG &CoKG | BD520R | |
| Scissors | Braun Aesculap AG &CoKG | BC100R | |
| Needle holder | Braun Aesculap AG &CoKG | BM024R | |
| 27 G needle | Braun Melsungen AG | 9186182 | |
| Scalpel blade size 15 | Braun Aesculap AG &CoKG | 16600525 | |
| Heat radiator | Sanitas | 605.25 | |
| Depilatory cream | Asid bonz GmbH | NDXZ10 | |
| Eye lubricant | Bayer Vital GmbH | 2182442 | |
| Xylazine | Bayer Vital GmbH | 1320422 | |
| Ketamine | Serumwerke Bernburg | 7005294 | |
| Tramadol | Grünenthal GmbH | 2256241 | |
| Disinfection solution (SoftaseptN) | Braun Melsungen AG | 8505018 | |
| CD-1 mice | Charles River | 22 | |
| X-ray Device | Faxitron MX-20, Faxitron X-ray Corporation | 2321A0988 | |
| Fracture device small | RISystem AG | 891,100 |
References
- Jacenko, O., Olsen, B. R. Transgenic mouse models in studies of skeletal disorders. J Rheumatol Suppl. 43, 39-41 (1995).
- Histing, T., et al. Small animal bone healing models: standards, tips, and pitfalls results of a consensus meeting. Bone. 49 (4), 591-599 (2011).
- Bonnarens, F., Einhorn, T. A. Production of a standard closed fracture in laboratory animal bone. J Orthop Res. 2 (1), 97-101 (1984).
- Holstein, J. H., et al. Development of a stable closed femoral fracture model in mice. J Surg Res. 153 (1), 71-75 (2009).
- Histing, T., et al. Ex vivo analysis of rotational stiffness of different osteosynthesis techniques in mouse femur fracture. J Orthop Res. 27 (9), 1152-1156 (2009).
- Claes, L., Augat, P., Suger, G., Wilke, H. J. Influence of size and stability of the osteotomy gap on the success of fracture healing. J Orthop Res. 15 (4), 577-584 (1997).
- Histing, T., et al. Characterization of the healing process in non-stabilized and stabilized femur fractures in mice. Arch Orthop Trauma Surg. 136 (2), 203-211 (2016).
- Thompson, Z., Miclau, T., Hu, D., Helms, J. A. A model for intramembranous ossification during fracture healing. J Orthop Res. 20 (5), 1091-1098 (2002).
- Cheung, K. M., Kaluarachi, K., Andrew, G., Lu, W., Chan, D., Cheah, K. S. An externally fixed femoral fracture model for mice. J Orthop Res. 21 (4), 685-690 (2003).
- Garcia, P., et al. A new technique for internal fixation of femoral fractures in mice: impact of stability on fracture healing. J Biomech. 41 (8), 1689-1696 (2008).
- Histing, T., et al. An internal locking plate to study intramembranous bone healing in a mouse femur fracture model. J Orthop Res. 28 (3), 397-402 (2010).
- Garcia, P., et al. The LockingMouseNail-a new implant for standardized stable osteosynthesis in mice. J Surg Res. 169 (2), 220-226 (2011).
- Histing, T., Klein, M., Stieger, A., Stenger, D., Steck, R., Matthys, R., Holstein, J. H., Garcia, P., Pohlemann, T., Menger, M. D. A new model to analyze metaphyseal bone healing in mice. J Surg Res. 178 (2), 715-721 (2012).
- Histing, T., Menger, M. D., Pohlemann, T., Matthys, R., Fritz, T., Garcia, P., Klein, M. An Intramedullary Locking Nail for Standardized Fixation of Femur Osteotomies to Analyze Normal and Defective Bone Healing in Mice. J Vis Exp. (117), (2016).
- Hiltunen, A., Vuorio, E., Aro, H. T. A standardized experimental fracture in the mouse tibia. J Orthop Res. 11 (2), 305-312 (1993).
- Manigrasso, M. B., O’Connor, J. P. Characterization of a closed femur fracture model in mice. J Orthop Trauma. 18 (10), 687-695 (2004).
- Holstein, J. H., Menger, M. D., Culemann, U., Meier, C., Pohlemann, T. Development of a locking femur nail for mice. J Biomech. 40 (1), 215-219 (2007).
- Claes, L. E., et al. Effects of mechanical factors on the fracture healing process. Clin Orthop Relat Res. 355 Suppl, S132-S147 (1998).
