Farelerde kapalı femur kırığı nesil: kemik şifa çalışması için bir Model
Summary
Fare kapalı femur kırığı kırık iyileşmesi eğitim için güçlü bir platform ve kemik rejenerasyon hızlandırmak için yeni tedavi stratejileri modelidir. Cerrahi bu iletişim kuralı tek taraflı kapalı femur kırık uyluk kemiği stabil İntramedüller çelik çubuk kullanarak farelerde oluşturmak için hedeftir.
Abstract
Kemik kırıkları hastaların yaşam kalitesini önemli ölçüde etkileyen ek olarak, büyük bir sosyo-ekonomik yük empoze. Verimli kemik iyileşmesine katkıda bulunmak tedavi stratejileri var olmayan ve yüksek talep vardır. Şifa kırıklar etkili ve tekrarlanabilir hayvan modelleri kemik rejenerasyon ile ilişkili karmaşık biyolojik süreçleri anlamak için ihtiyaç vardır. Kırık iyileşmesi pek çok hayvan modeller yıllar içinde oluşturulmuş olan; Ancak, fare kırık modelleri güçlü araçlar kemik iyileşmesi çalışmaya son zamanlarda ortaya çıkmıştır. Çeşitli açık ve kapalı modeller geliştirilmiştir, ancak fizyolojik ilgili bir şekilde hızlı ve tekrarlanabilir sonuçlar üretmek için basit bir yöntem olarak kapalı femur kırığı modeli öne çıkıyor. Bu cerrahi Protokolü tek taraflı kapalı femur kırığı farelerde oluşturmak ve femur kırığı sonrası istikrar bir İntramedüller çelik çubuk ekleyerek kolaylaştırmak için hedeftir. Daha fazla eksenel ve dönme istikrar aygıtların bir çivi veya bir vida teklif rağmen bir İntramedüller çubuk kullanımı kemik dokusunda yeni kusurları üreten veya yumuşak zarar olmadan tutarlı şifa sonuçları için yeterli bir istikrar sağlar doku. Radyografik görüntüleme Kallus oluşumu, kemikli Birliği ve sonraki kemik Kallus remodeling ilerlemesini izlemek için kullanılır. Kemik şifa sonuçları genellikle iyileşmiş kemik gücü ile ilişkili ve burulma test ile ölçülür. Yine de, kırık tamir ile ilişkili erken hücresel ve moleküler olayları anlama kemik doku rejenerasyonu çalışmada çok önemlidir. Kapalı femur kırığı modeli intramedüller fiksasyon ile farelerde kemik kırık iyileşmesi çalışma ve şifa hızlandırmak için tedavi stratejileri değerlendirmek için çekici bir platform olarak hizmet vermektedir.
Introduction
Kırıklar için kas-iskelet sistemi meydana gelen en sık yaralanma bazıları ve 25 milyon $ her yıl Amerika Birleşik Devletleri1aşmak için öngörülen tedavi maliyeti de dahil olmak üzere büyük bir sosyo-ekonomik yük ile ilişkili olan, 2. Kırıklar çoğunluğu olaysız iyileşmek, şifa önemli kesintiler ve verimlilik kaybı ile ilişkili olsa da. Bütün kırıklar yaklaşık % 5-10 Neden gecikmiş şifa veya sendikasız, Yaş veya diğer altta yatan kronik hastalıklar, osteoporoz ve diyabet3,4,5gibi nedeniyle. Yok FDA onaylı farmakolojik tedaviler etkili kemik iyileşmesine katkıda bulunmak ve kurtarma süresini kısaltmak Şu anda mevcuttur.
Kırık iyileşmesi koordinasyon birden çok hücre tiplerinin içeren bir karmaşık ve son derece dinamik bir süreçtir. Bu nedenle, kemik rejenerasyon ile ilişkili hücresel ve moleküler olayların kapsamlı bir anlayış bu süreci hızlandırmak tedavi hedefleri tanımlaması için çok önemlidir. Olarak insan diğer hastalıklarla son derece uysal ve tekrarlanabilir hayvan modeli kurulması kemik iyileşme çalışmada çok önemlidir. Koyun ve domuz, gibi büyük hayvanlar kemik remodeling özellikleri ve biyomekanik uzatmaktı, benzer var ama pahalı, önemli ölçüde iyileşme zaman gerektirir ve genetik manipülasyon6için kolayca mükellef değildir. Öte yandan, sıçanlar ve fareler, gibi küçük hayvan modeller, taşıma, bakım, kısa üreme döngüsü ve daha kısa iyileşme süresi7düşük maliyetlerini hareket hızı da dahil olmak üzere birçok avantaj sunar. Ayrıca, fare genom tam olarak, hızlı düzenleme ve genetik varyantların nesil için izin sıralı. Böylece, fare insan hastalık, yaralanma, çalışma ve8onarmak için bir güçlü modeli sistemidir. İnsanlarda, osteoporoz ve diyabet gibi comorbidities gecikmiş bir iyileşme olasılığını artırmak. Varolan fare modelleri osteoporoz ve diyabet gibi comorbidities etkisi kemik yaralanma çalışma için kullanılabilir ve şifa vardır. Hastalarda osteoporoz9şifa bir kırık bir belirgin azalma kemik oluşumu daha sonraki aşamalarında var. Ovariektomili (OVX) fare hızlı kemik kaybı ve Gecikmeli kemik Postmenopozal Osteoporoz10,11‘ gözlemlenen benzer şifa sergi. Ayrıca, düşük kemik kitle fenotipleri ve insanlar11‘ de görülen bozulmuş kırık iyileşmesi birçok fare modelleri tip ı ve tip II diyabet taklit. Ayrıca, fare kırık modelleri Kallus içinde meydana gelen karmaşık biyolojik süreçlerin çalışmaya çok yönlü bir platform olarak hizmet ve kemik doku rejenerasyonu hızlandırmak roman tedavi stratejileri keşfetmek.
Kemik yapısı ve metabolizma, kemik kırığı kalır fareler ve insanlar, çok benzer şifa işlemindeki farklılıklara rağmen endochondral ve Intramembranous ossifikasyon kemik remodeling tarafından takip bir arada içeren. Endochondral ossifikasyon progenitör hücreler daha az mekanik olarak istikrarlı bölgelere nerede pituiter ve yumuşak bir Kallus üretmek için kıkırdak mineralize kondrosit ayırt etmek kırık boşluğu çevreleyen alımı içerir. İkinci dalga progenitör hücre Kallus sızmak ve yeni kemik matrisi12,13,14,15salgılar olgun dokusunu ayırt etmek. Intramembranous ossifikasyon sırasında periosteal ve endosteal yüzeylerinde ataları doğrudan dokusunu salgılayan Matrix’e ayırt etmek ve kırık boşluğu9,11,12 köprüleme kolaylaştırmak ,13. Birlikte, endochondral ve Intramembranous ossifications bir güçlü ikincil kemik mekanik yükler13,14 için elverişli oluşturmak için zaman içinde daha da yenilenmiş bir zor Kallus gelişimi sonucu ,15. Sağlıklı insanlarda iyileşme süreci yaklaşık 3 ay sadece 35 gün fareler16ile karşılaştırıldığında, alır.
Kırık iyileşmesi ya açık veya kapalı cerrahi modelleri17kullanarak yaygın olarak çalışılmıştır. Eleştirel boyutta nesil gibi açık cerrahi yaklaşımlar defekt veya osteotomi tamamlamak, sapmalar tarafından parçalanmış kırıklar neden azaltmak için geometri ve yaralanma konumunu standartlaştırmak. Şifa kez ertelendiği çünkü bir sendikaya arkasında yatan mekanizma çalışma için mükemmel bir model için kapalı kırık karşılaştırıldığında gibi ayak veya elde osteotomiler servis yapın. Ayrıca, bir katı eksternal fiksasyon osteotomized kemik rejenerasyon öncelikle Intramembranous ossifikasyon bağlıdır anlamı, stabilize etmek gereklidir. Açık cerrahi yaklaşımlar kilitleme çivi, PIN-müzik klipleri ve kilitleme tabak gibi aygıtlar kırık bacak için Aksiyel ve dönme istikrar sağlamak için kullanın; Ancak, bu tür cihazların pahalı ve önemli ölçüde ameliyatı18,19,20,21daha uzun süre gereklidir. Öte yandan, kapalı modelleri, endochondral şifa uyarmak yeterli istikrarsızlık için izin basit intramedüller fiksasyon cihaz bağları. Sonuç olarak, kapalı kırık modelleri kolayca bir sendikaya koşullarını taklit değil. Bunlar ucuz, kullanımı kolay ve ameliyat21,22,23yılında süresini en aza indirmek gibi İntramedüller iğne, çivi ve sıkıştırma vida, internal fiksasyon teknikleri avantajlı şunlardır. Bazı durumlarda önce kırığı İntramedüller pimleri eklenir ancak İntramedüller PIN eğilme bükülme veya bir değişken Kallus boyutu için katkıda bulunmak ve şifa kırık uyluk kemiği, deplasman yol açabilir. Bunlar neyin bir ağırlık diaphysis üzerinde bırakılan bir üç nokta bükme aygıtı kullanarak oluşturulur gibi geometri ve kırık konumunu kapalı modellerinde standart hale getirmek daha zordur. Ancak, uygun tekniği ile cerrahi bu yaklaşım hızlı ve tutarlı sonuçlar sunuyor. Ayrıca, kapalı kırık modeli yüksek kuvvet etkisi veya mekanik stres22neden kırıklar çalışmaya klinik bir araç olarak hizmet vermektedir.
Bu cerrahi protokolü üzerinden sıçanlar ve fareler22,24,25kırık uyluk dengelemek için bir İntramedüller PIN kullanarak önceden açıklanan yöntemleri uyarlanmıştır. İlk olarak, bir küçük çaplı bir İntramedüller iğne bir giriş noktası kurmak için intracondylar çentik eklenir ve bir embolisinin transvers kırık bir yerçekimi bağımlı üç nokta kullanarak femur midshaft, üreten önce tanıttı Aygıt bükme. Kapalı bir femur kırığı başarılı nesil, daha büyük çaplı bir İntramedüller çubuk kırık uyluk stabilize etmek için kılavuz tel üzerinden kurulmuştur. Bu yöntem çubuk sonrası kırık yerleşim için yaralı femur konumlandırılması ve en iyi duruma getirilmiş istikrar sağlayan gibi İntramedüller PIN bükülme sırasında kırık nedeniyle geciken şifa riski önler.
Protocol
Representative Results
Discussion
Bu cerrahi işlem standart kapalı femur kırığı farelerde oluşturmak için hedeftir. İnternal fiksasyon böylece bir bükülme İntramedüller çubuk kaçınarak kırık, nesil sonra yer alır bu modelin önemli bir avantaj sağlıyor. Belki de en önemli bir özelliği, bu iletişim kuralı bir standart transvers kırık femur midshaft, nesil gibidir kırık geometri uygulamalı bükme gücü ve arka bacak konumlandırma bağlıdır. Uygunsuz uyluk sırasında bükme an konumlandırma eğik veya parçalanmış kı…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Bu eser Savunma Bakanlığı (DoD) bize ordu tıbbi araştırma ve gereç komutu (USAMRMC) Congressionally yönetmen tıbbi araştırma programı (CDMRP) (PR121604) ve ulusal kurumları artrit ve Musculoskeletal gelen hibe tarafından desteklenmiştir ve cilt hastalıkları (NIAMS), NIH R01 AR068332 Uma Sankar için.
Materials
| Oster Minimax Trimmer | Animal World Network | 78049-100 | |
| POVIDONE-IODINE | Thermo Fisher Scientific | 395516 | |
| OPHTHALMIC OINTMENT | Thermo Fisher Scientific | NC0490117 | |
| Styker T/Pump Warm Water Recirculator | Kent Scientific Corporation | TP-700 | |
| 1ml Sub-Q Syringe | Thermo Fisher Scientific | 309597 | |
| ENCORE Sensi-Touch PF | Moore Medical LLC | 30347 | Latex, powder-free surgical glove |
| PrecisionGlide 25G Hypodermic Needles | Thermo Fisher Scientific | 14-826-49 | |
| Ultra-High-Temperature Tungsten Wire, | McMaster-Carr | 3775K37 | 0.005" Diameter, 1/16 lb. Spool, 380' Long |
| 304 stainless steel, 24G thin walled tubing | Microgroup Inc | 304h24tw-5ft | |
| #15 Scalpel Blades | Fine Science Tools | 10015-00 | |
| #10 Scalpel Blades | Fine Science Tools | 10010-00 | |
| Narrow Pattern Forceps | Fine Science Tools | 11002-12 | Serrated/Straight/12cm |
| Iris Forceps | Fine Science Tools | 11066-07 | 1×2 Teeth/Straight/7cm |
| Dissector Scissors | Fine Science Tools | 14081-09 | Slim Blades/Angled to Side/Sharp-Sharp/10cm |
| Fine Scissors | Fine Science Tools | 14058-11 | ToughCut/Straight/Sharp-Sharp/11.5cm |
| Olsen-Hegar Needle Holder with Suture Cutter | Fine Science Tools | 12002-12 | Straight/Serrated/12cm/with Lock |
| Crile Hemostat | Fine Science Tools | 13004-14 | Serrated/Straight/14cm |
| Tungsten Wire Cutter | ACE Surgical Supply Co., Inc. | 08-051-90 | ACE #150 Wire Cutter, tungsten carbide tips |
| 3-0 VICRYL Suture | Ethicon Suture | J423H | 3-0 VICRYL UNDYED 27" FS-2 CUTTING |
| piXarray 100 Digital Specimen Radiography System | Bioptics, Inc | Cabinet x-ray system | |
| Einhorn 3-Point Bending Device | N/A | N/A | Custom Built |
References
- Schnell, S., Friedman, S. M., Mendelson, D. A., Bingham, K. W., Kates, S. L. The 1-Year Mortality of Patients Treated in a Hip Fracture Program for Elders. Geriatric Orthopaedic Surgery & Rehabilitation. 1 (1), 6-14 (2010).
- Burge, R., et al. Incidence and economic burden of osteoporosis-related fractures in the United States, 2005-2025. Journal of Bone and Mineral Research. 22 (3), 465-475 (2007).
- Cunningham, B. P., Brazina, S., Morshed, S., Miclau, T. Fracture healing: A review of clinical, imaging and laboratory diagnostic options. Injury. 48, S69-S75 (2017).
- Einhorn, T. A. Can an anti-fracture agent heal fractures?. Clinical Cases in Mineral and Bone Metabolism. 7 (1), 11-14 (2010).
- Hak, D. J., et al. Delayed union and nonunions: epidemiology, clinical issues, and financial aspects. Injury. 45, S3-S7 (2014).
- Decker, S., Reifenrath, J., Omar, M., Krettek, C., Muller, C. W. Non-osteotomy and osteotomy large animal fracture models in orthopedic trauma research. Orthopaedic Reviews (Pavia). 6 (4), 5575 (2014).
- Histing, T., et al. Small animal bone healing models: standards, tips, and pitfalls results of a consensus meeting. Bone. 49 (4), 591-599 (2011).
- Jacenko, O., Olsen, B. R. Transgenic mouse models in studies of skeletal disorders. Journal of Rheumatology Supplement. 43, 39-41 (1995).
- Nikolaou, V. S., Efstathopoulos, N., Kontakis, G., Kanakaris, N. K., Giannoudis, P. V. The influence of osteoporosis in femoral fracture healing time. Injury. 40 (6), 663-668 (2009).
- Bain, S. D., Bailey, M. C., Celino, D. L., Lantry, M. M., Edwards, M. W. High-dose estrogen inhibits bone resorption and stimulates bone formation in the ovariectomized mouse. Journal of Bone and Mineral Research. 8 (4), 435-442 (1993).
- Haffner-Luntzer, M., Kovtun, A., Rapp, A. E., Ignatius, A. Mouse Models in Bone Fracture Healing Research. Current Molecular Biology Reports. 2 (2), 101-111 (2016).
- Einhorn, T. A., Gerstenfeld, L. C. Fracture healing: mechanisms and interventions. Nature Reviews in Rheumatology. 11 (1), 45-54 (2015).
- Schindeler, A., McDonald, M. M., Bokko, P., Little, D. G. Bone remodeling during fracture repair: The cellular picture. Seminar in Cellular and Developmental Biology. 19 (5), 459-466 (2008).
- Ai-Aql, Z. S., Alagl, A. S., Graves, D. T., Gerstenfeld, L. C., Einhorn, T. A. Molecular mechanisms controlling bone formation during fracture healing and distraction osteogenesis. Journal of Dental Research. 87 (2), 107-118 (2008).
- Gerstenfeld, L. C., et al. Three-dimensional Reconstruction of Fracture Callus Morphogenesis. Journal of Histochemistry & Cytochemistry. 54 (11), 1215-1228 (2006).
- Marsell, R., Einhorn, T. A. Emerging bone healing therapies. Journal of Orthopaedic Trauma. 24, S4-S8 (2010).
- Lybrand, K., Bragdon, B., Gerstenfeld, L. Mouse models of bone healing: fracture, marrow ablation, and distraction osteogenesis. Current Protocols of Mouse Biology. 5 (1), 35-49 (2015).
- Garcia, P., et al. The LockingMouseNail–a new implant for standardized stable osteosynthesis in mice. Journal of Surgical Research. 169 (2), 220-226 (2011).
- Histing, T., et al. An internal locking plate to study intramembranous bone healing in a mouse femur fracture model. Journal of Orthopaedic Research. 28 (3), 397-402 (2010).
- Garcia, P., et al. A new technique for internal fixation of femoral fractures in mice: impact of stability on fracture healing. Journal of Biomechistry. 41 (8), 1689-1696 (2008).
- Holstein, J. H., et al. Advances in the establishment of defined mouse models for the study of fracture healing and bone regeneration. Journal of Orthopaedic Trauma. 23 (5 Suppl), S31-S38 (2009).
- Bonnarens, F., Einhorn, T. A. Production of a standard closed fracture in laboratory animal bone. Journal of Orthopaedic Research. 2 (1), 97-101 (1984).
- Holstein, J. H., Menger, M. D., Culemann, U., Meier, C., Pohlemann, T. Development of a locking femur nail for mice. Journal of Biomechistry. 40 (1), 215-219 (2007).
- McBride-Gagyi, S. H., McKenzie, J. A., Buettmann, E. G., Gardner, M. J., Silva, M. J. Bmp2 conditional knockout in osteoblasts and endothelial cells does not impair bone formation after injury or mechanical loading in adult mice. Bone. 81, 533-543 (2015).
- Williams, J. N., et al. Inhibition of CaMKK2 Enhances Fracture Healing by Stimulating Indian Hedgehog Signaling and Accelerating Endochondral Ossification. Journal of Bone and Mineral Research. , (2018).
