マウスで閉じた大腿骨骨折の生成: 骨の治癒を研究するためのモデル
Summary
クローズド マウスの大腿骨骨折モデルは骨折治癒を勉強する強力なプラットフォームで骨の再生を加速する新しい治療戦略です。この外科手術の目的は、大腿骨を安定させるために髄内鋼棒を用いたマウスで一方的な閉鎖大腿骨骨折を生成します。
Abstract
骨の骨折は、大幅に生活の質に影響を与えるだけでなく、患者に途方もない社会経済的負担を課する。効率的な骨の治癒を促進する治療戦略は存在しないと需要が高いです。骨折治癒の効果的かつ再現可能な動物モデルは、骨の再生に関連付けられている複雑な生物学的プロセスを理解する必要です。骨折治癒の多くの動物モデルは、長年にわたり; 生成されています。ただし、マウス骨折モデル最近骨の治癒を研究する強力なツールとして浮上しています。さまざまなオープンとクローズのモデルが開発されているが、生理学的に関連する方法で迅速かつ再現性のある結果を生成するための簡単な方法として際立っている閉じた大腿骨骨折モデル。この外科手術の目的は、マウスの一方的な閉鎖大腿骨骨折を生成し、髄内に鋼棒を挿入することによって大腿骨の骨折後の安定化を促進します。髄内ロッドの使用が骨組織で新たな不具合を生産やソフトの近くに損なうことがなく一貫した治癒転帰のための十分な安定化を提供しますが、釘やネジなどのデバイスより高い軸と回転安定性を提供組織。放射線イメージングを使用して、カルスの形成、骨性癒合および骨のカルスの後改造の進行を監視します。骨治癒転帰は通常治癒後の骨の強さに関連付けられているし、ねじり試験で計測。まだ、損傷修復に関連付けられている初期の細胞・分子のイベントについて骨再生の研究で重要です。髄内固定を持つマウスで閉じた大腿骨骨折モデルは骨骨折治癒研究・治癒を促進する治療戦略を評価するための魅力的なプラットフォームとして機能します。
Introduction
骨折などの筋骨格系に発生する最も一般的な傷害と $ 250 億アメリカ合衆国1で毎年を上回ると予想される治療費を含む多大な経済的負担に関連付けられて 2。骨折の大半は、何事もなく治癒、癒しは実質的なダウンタイムや生産性の損失に関連付けられています。全骨折の約 5-10% は、遅延癒しや非組合員、年齢や骨粗鬆症、糖尿病の3,4,5などの他の基になる慢性の健康状態のために します。現在効率的な骨の治癒を促進し、回復時間を短縮できる FDA 承認の薬理学的治療法がありません。
骨折治癒は種類の細胞の調整を含む複雑な非常にダイナミックなプロセスです。したがって、骨再生に関連する細胞・分子のイベントの包括的な理解は、このプロセスを加速させる治療標的の同定に重要です。他の人間の病気と同様に、非常に従順で再現可能な動物モデルの確立も骨の治癒の研究で非常に重要です。羊や豚などの大型動物骨改造プロパティとバイオメカニクス、人間に似ていますが高価、実質的な癒しの時間を必要とする、ない遺伝子操作6に簡単に従わないです。その一方で、ラットやマウスなどの小型の動物モデルは処理、メンテナンス、短い繁殖サイクル、および短い癒し時間7の低コスト性を含めて多くの利点を提供します。さらに、マウスのゲノムは、迅速な操作と遺伝的変異の生成を可能にする完全に、シーケンスです。したがって、マウスは人間の病気、怪我、研究および8を修復する強力なモデル システムです。人間では、骨粗鬆症や糖尿病の合併症は、治癒遅延の可能性を高めます。既存マウス モデルの数は骨の損傷に及ぼす骨粗鬆症や糖尿病などの合併症を研究利用可能癒し。骨粗鬆症患者治癒9破壊の後の段階で著しく減少した骨形成があります。卵巣摘出 (ovx) は、急速な骨量の減少と閉経後骨粗鬆症10,11にみられるような治癒遅延骨を示します。さらに、多くの種類のマウス ・ モデル私は、II 型糖尿病低骨マス表現型と模倣障害骨折治癒人間11に見られます。また、マウス骨折モデルはカルスで発生する複雑な生物学的過程を研究している多才なプラットホームとして役立ち、骨再生を加速する新規の治療戦略を探る。
骨の構造と代謝、骨骨折のままマウスとヒトに非常によく似たを治癒のプロセス全体の違いにもかかわらず軟骨と骨リモデリングに続いて膜内骨化の組み合わせを含みます。軟骨内骨化には、前駆細胞の肥大し、柔らかいカルスを生成する軟骨を石化する軟骨細胞に分化し、どこ破壊ギャップの周辺より機械的に安定した地域への採用が含まれます。前駆細胞の 2 番目の波は、カルスに潜入し、新しい骨マトリックス12,13,14,15を分泌する成熟した骨芽細胞に分化します。中膜内骨化、骨膜と骨の表面に前駆細胞は直接骨芽細胞の分泌の行列に区別して破壊ギャップ9,11,12 のブリッジを容易にします。 ,13。一緒に、軟骨と膜内の ossifications がさらに機械的負荷13,14 をサポートできる強力な二次骨を形成するため時間をかけて改造ハード カルスの開発につながる、15。健康な人間で癒しのプロセスは、マウス16で 35 日間と比較して、約 3 カ月かかります。
骨折治癒よく研究されているか開いているか閉じて手術モデル17を使用しています。批判的に大きさで分類された欠陥の生成などの外科的アプローチを開くまたは傷害の位置および粉砕骨折による偏差を軽減するジオメトリを標準化し、骨切りを完了します。閉鎖骨折と比較して治癒がよく遅れているので非組合員の背後にあるメカニズムを研究する優秀なモデルとしては、骨切り術。さらに、厳格な外部固定が再生は主に、膜内骨化の依存を意味、切り離した骨骨を安定させるために必要です。オープン手術アプローチが骨折した手足をもがれる軸と回転安定性を提供するためにロックの釘、ピン、クリップ、ロック プレートなどデバイスを使用します。ただし、このようなデバイスは高価であり、大きく手術18,19,20,21のより多くの時間を必要とします。その一方で、クローズド モデルは軟骨の治癒を促進するのに十分な不安定性を可能にする単純な髄内固定装置で安定しました。その結果、容易に閉じた破壊モデルは非組合員の条件を模倣しません。髄内ピン、釘、ネジ、圧縮などの内部固定技法は、安い、使いやすい、手術21,22,で23時間を最小限に抑えるため有利です。いくつかのケースで、破断前に髄内ピンを挿入が、湾曲や骨折大腿骨、変数カルスの大きさに貢献し、癒しの変位につながる髄内ピンの曲げ。破壊位置やジオメトリは、骨幹に重量をドロップする前記三点曲げ装置を使用して生成されたときクローズド モデルで標準化がより困難です。ただし、適切な技術と、この手術方法は迅速かつ一貫性のある結果を提供しています。また、閉鎖骨折モデルは高い力への影響や機械的ストレス22による骨折を研究する臨床的に関連性の高いツールとして提供しています。
この外科手術は、ラットおよびマウス22,24,25骨折大腿骨を安定させるために髄内ピンを使用して上記の方法から適応されました。まず、小径の髄内針はエントリのポイントを確立する intracondylar ノッチを通して挿入され、横重力依存性の 3 ポイントを使用して大腿骨骨幹骨折を生成する前にガイドワイヤーを導入曲げ装置です。閉じた大腿骨骨折の発生の成功、次のより大きな直径の髄内ロッドはガイドワイヤー骨折大腿骨を安定させるために組み込まれています。このメソッドは、治癒遅延、破壊時に髄内ピンの湾曲によって引き起こされる骨折後ロッドの配置により、負傷した大腿骨の再配置と最適化された安定化のため、危険を回避できます。
Protocol
Representative Results
Discussion
この手術の目的は、マウスで標準化された閉じた大腿骨骨折を生成することです。このモデルの主な利点は内部固定の髄内ロッドの湾曲を回避するため、破壊の発生後に行われる。おそらくこのプロトコルの最も重要な側面は、骨折の幾何学は、曲げ力や後肢の位置に依存して標準化された横骨折大腿骨骨幹の世代です。大腿骨の不適切な配置は、曲げモーメントの間に斜めのまたは粉砕骨?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
この作品は、国防省 (DoD) 米国陸軍衛生研究資材コマンド (USAMRMC) 議会監督医学研究プログラム (CDMRP) (PR121604) と国立機関の関節筋骨格系からの補助金によって支えられました。や皮膚病 (NIAMS)、ユマ sankar さんに NIH R01 AR068332。
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
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