Waiting
Login processing...

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

Medicine

Fractuur apparatuur ontwerp en protocolverbetering voor gesloten-gestabiliseerde fracturen bij knaagdieren

Published: August 14, 2018 doi: 10.3791/58186
Automatic Translation
1,2, 3, 4, 2
1College of Osteopathic Medicine, Michigan State University, 2Department of Orthopaedic Surgery, University of Michigan Medical School, 3Lymann Briggs College, Michigan State University, 4College of Engineering, Michigan State University

Summary

Het doel van het protocol is voor het optimaliseren van de fractuur generatie parameters zodanig dat deze consistent fracturen. Dit protocol is verantwoordelijk voor de variaties in bot grootte en morfologie die zich tussen de dieren voordoen kan. Bovendien, wordt een kosteneffectieve, verstelbare fractuur-apparaat beschreven.

Abstract

De betrouwbare generatie van consistente gestabiliseerde fracturen in diermodellen is essentieel voor het begrip van de biologie van bot regeneratie en het ontwikkelen van therapeutics en apparaten. Beschikbare letsel modellen worden echter geplaagd door inconsistentie wat resulteert in verloren dieren en bronnen en onvolmaakte gegevens. Om dit probleem van heterogeniteit van de fractuur, is het doel van de hierin beschreven methode opleveren een consistente fractuur locatie en patroon te optimaliseren fractuur generatie parameters specifiek voor elk dier. Dit protocol is verantwoordelijk voor variaties in bot grootte en morfologie die kan bestaan tussen de muis stammen en kan worden aangepast aan het genereren van consistente fracturen in andere soorten, zoals de rat. Bovendien, wordt een kosteneffectieve, verstelbare fractuur-apparaat beschreven. Vergeleken met de huidige gestabiliseerde fractuur technieken, tonen het protocol van de optimalisatie en de nieuwe fractuur toestellen verhoogde consistentie in gestabiliseerde fractuur patronen en locaties. Geoptimaliseerd met behulp van parameters die specifiek zijn voor het monster-type, de verhogingen van de beschreven protocol de precisie van geïnduceerde trauma's, minimaliseren van de heterogeniteit van de fractuur meestal waargenomen in gesloten-fractuur generatie procedures.

Introduction

Onderzoek naar genezing van de breuk is het noodzakelijk een grote klinische en economische probleem aan te pakken. Elk jaar meer dan 12 miljoen fracturen worden behandeld in de Verenigde Staten1, kost 80 miljard dollar per jaar2. De waarschijnlijkheid van een mannelijke of vrouwelijke lijden een breuk in hun leven is 25% en 44%, respectievelijk3. Problemen in verband met de breuk genezing naar verwachting stijgen met verhoogde comorbidities als de bevolking vergrijst. Om te studeren en dit probleem aanpakken, zijn robuuste modellen van breuk generatie en stabilisatie nodig. Knaagdier modellen zijn bij uitstek geschikt voor dit doel. Ze bieden klinische relevantie en kunnen worden aangepast aan de specifieke omstandigheden adres (d.w.z., meerdere verwondingen, open, gesloten, ischemische en geïnfecteerde fracturen). Naast het repliceren van klinische scenario's, zijn dierlijke fractuur modellen belangrijk voor het begrijpen van bot biologie en het ontwikkelen van therapeutics en apparaten. Pogingen om te bestuderen van de verschillen tussen interventies kunnen echter worden bemoeilijkt door de variabiliteit geïntroduceerd door inconsistente fractuur generatie. Dus, het genereren van reproduceerbaar zijn en consequent gesloten fracturen in diermodellen is essentieel voor het gebied van spier-en onderzoek.

Ondanks goed controleren voor mogelijke heterogeniteit van het onderwerp door te zorgen voor de juiste genetische achtergrond, geslacht, leeftijd en milieu-omstandigheden, de productie van klinisch relevante consistente beenverwondingen is een belangrijke variabele beïnvloeden reproduceerbaarheid die moet worden gecontroleerd. Statistische vergelijkingen met behulp van inconsistente fracturen worden geplaagd met experimentele noise en een hoge variabiliteit4; Daarnaast variabiliteit van de breuk kan leiden tot geen onnodige dier dood vanwege de noodzaak om de grootte van de steekproef of de noodzaak om te euthanaseren van dieren met verbrijzelde of malpositioned fracturen te verhogen. Het doel van de hier beschreven methode is het optimaliseren van de fractuur generatie parameters die specifiek voor monster type zijn en opleveren een consistente fractuur locatie en patroon.

Huidige modellen van breuk generatie vallen in twee brede categorieën, elk met hun eigen sterke en zwakke punten. Open-fractuur (osteotomie) modellen ondergaan operatie om bloot van het bot, waarna een fractuur wordt geïnduceerd door het snijden van het bot of verzwakken en vervolgens handmatig breken5,6,7,8te. De voordelen van deze methode zijn de directe visualisatie van de fractuur-site en een meer consistente fractuur locatie en patroon. De fysiologische en klinische relevantie van de aanpak en het mechanisme van de schade is echter beperkt. Open coördinatiemethodes fractuur generatie vereist bovendien een chirurgische aanpak en de sluiting met langdurige periodes gedurende welke de knaagdieren worden blootgesteld aan een verhoogd risico op besmetting.

Gesloten technieken richten veel van de open techniek beperkingen. Gesloten technieken produceren fracturen met behulp van een extern toegepaste botte kracht trauma's die letsel aan het bot en de omliggende weefsels, meer vergelijkbaar zijn met die gezien in menselijke klinische verwondingen induceert. De meest voorkomende methode was in 19849beschreven door Bonnarens en Einhorn. Zij beschreven een gewogen guillotine wordt gebruikt om aan te geven van stomp trauma te breken van het bot zonder enige externe huid wonden. Deze methode is alom aangenomen om te bestuderen van het effect van genetica10,11, farmacologische therapie12,13,14,15, mechanica16, 17, en fysiologie18,19,20 op bot genezing in muizen en ratten. Terwijl het voordeel van gesloten methoden fysiologisch relevante fracturen is, worden experimentele reproduceerbaarheid en strengheid beperkt door de heterogeniteit van de breuk. De inconsistente fractuur generatie resulteert in een beperkte differentiatie tussen-de-Fractie, verloren exemplaren, en een toename van de dieren die nodig zijn om de statistische significantie.

Beheersing van de variabiliteit in de generatie van de breuk en stabilisatie is essentieel om zinvolle resultaten te produceren. Om goed bestudeert de biologie van breuk reparatie, een eenvoudige, maar robuuste fractuur model nodig. Het model moet worden omgezet naar andere knaagdiersoort, bot typen (dijbeen of tibiae, bijvoorbeeld), en over de variabele muis genetische achtergronden en geïnduceerde mutaties. Bovendien, de ideale procedure moet technisch eenvoudig en produceren consistente resultaten. Naar adres fractuur heterogeniteit, de hier beschreven methode is de bouw van een goed gecontroleerde fractuur-apparaat dat kan vervolgens worden gebruikt voor het optimaliseren van de parameters en genereren van consequent gesloten fracturen ongeacht leeftijd, geslacht, of genotype.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

Dit protocol werd ontwikkeld om ervoor te zorgen dat dieren niet onnodig worden gebruikt en worden gespaard alle onnodige pijn en leed; het voldoet aan alle toepasselijke federale, staats-, lokale en institutionele wetten en richtlijnen inzake dierlijke onderzoek. Het protocol werd ontwikkeld onder leiding van een laboratorium van de Universiteit-wide dierlijke Medicine Program geregisseerd door dierenartsen gespecialiseerd in dierlijke laboratoriumgeneeskunde. Het protocol werd herzien en goedgekeurd door de institutionele Animal Care en gebruik Comité (IACUC).

1. fractuur torenconstructie

Opmerking: Alle onderdelen worden vermeld in de sectie materialen (Tabel van materialen). Gedetailleerde technische tekeningen worden geleverd voor het machinaal en 3D-gedrukte deel in aanvullende cijfers 1-12. De technische tekeningen van halffabrikaat bijzonderheden bevestiger voor alle gekoppelde delen (aanvullende figuren 1, 2, 7, en 9).

  1. Ondersteuning van halffabrikaat
    Opmerking: Zie voor een technische tekening van het halffabrikaat ondersteuning, aanvullende figuur 1.
    1. Bevestig de Beam ondersteuning--kaak sectie op het middelpunt van de Lichtbundel ondersteuning--horizontale sectie.
    2. De Beam ondersteuning--verticaal 1 hechten aan de bovenkant van de Lichtbundel ondersteuning--kaak sectie, 2 in van de Lichtbundel ondersteuning--horizontale sectie.
    3. De Beam ondersteuning--verticale 2 hechten aan de bovenkant van de Lichtbundel ondersteuning--horizontale sectie op het middelpunt (7 in vanaf het einde).
    4. De Beam, Support--plaat monteren aan het einde van zowel Beam--verticaal 1 en Beam ondersteuning--verticale 2koppelen. Het einde van de plaat steun moet spoelen met de achterkant van De ondersteuning van de lichtbundel--verticale 2.
  2. RAM halffabrikaat
    Opmerking: Zie voor een technische tekening van het RAM-geheugen halffabrikaat, aanvullende figuur 2.
    1. Machine de blok stoppen en de blok gids (aanvullende figuur 3); de staaf Ram (aanvullende figuur 4); de uitlijning van de schroef (aanvullende figuur 5); en de montage van de plaat (aanvullende figuur 6).
    2. De Montage van de plaat aan de Beam ondersteunen--plaat monteren van het halffabrikaat steun koppelen.
    3. In de volgende volgorde, schuif de eerste Lineaire Sleeve Bearing; de Block gids; de tweede Lineaire Sleeve Bearing; en het blok stoppen op de staaf Ram. De gidsen en de blokken te koppelen aan de Montage van de plaat.
    4. Drie ⅜-in noten hechten aan het schroefdraad gedeelte van het Ram van de staaf. Men moet spoelen met het einde van de staaf aan te gaan met de elektromagneet. De andere 2 worden gebruikt voor het aanpassen van de diepte van de breuk.
    5. Hiermee lijnt u de grove in de Staaf Ram om gezicht naar voren en de Uitlijning schroef in de spindelcentrering van de Blok gidsinvoegen.
  3. Magneet halffabrikaat
    Opmerking: Zie voor een technische tekening van de magneet halffabrikaat, aanvullende figuur 7.
    1. Soldeer de elektromagneet tot de draad leidt (polariteit is niet een factor voor de elektromagneet werking). Genoeg lengte te bereiken van de vloer, waar de breuk-apparaat zal worden gepositioneerd toestaan. Gebruik treksluiters of een andere vorm van gehechtheid aan stress verlichten de draad.
    2. Strippen van de Power Supplyde eind en sluit hem aan op het Voetpedaal. Ten slotte sluit de draad aan het Voetpedaal in een configuratie "off" (normaal open). Test het circuit om ervoor te zorgen dat de elektromagneet brandt wanneer de Voetschakelaar wordt niet gedrukt. Dit zal de ram maximaal vóór de breuk.
    3. Afdrukken van de Mount Magnet (aanvullende cijfers 8A en 8B) gebruik van een additief productie-apparaat, of het deel van aluminium machine.
    4. De elektromagneet hechten aan de Mount Magnet.
    5. 2 hoek haakjes aan de Beam ondersteuning--magneetkoppelen.
    6. In de volgende volgorde, rijg de Rod magneet door de bovenste Hoek beugel en toevoegen van een ¼-in nut; de Mount Magnet; twee ¼-in noten; en de onderste Hoek beugel. Beveilig de vergadering met twee ¼-in noten op elk uiteinde.
  4. Complete samenstelling
    Opmerking: Zie voor een technische tekening van de complete samenstelling, aanvullende figuur 9.
    1. Bevestig de Magneet halffabrikaat aan de oppervlaktelaag van de lichtbundel, Support--plaat monteren.
    2. De uitlijning van de Lichtbundel ondersteuning--magneet aanpassen zodat de magneet houdt zich bezig met de staaf, Ram.
      Opmerking: Als de staaf niet ontslaat wanneer het voetpedaal wordt gedrukt, verminderen het contactoppervlak tussen de elektromagneet en de staaf door het bewegen van de Lichtbundel ondersteuning--magneet.
    3. Machine de haakjes been kaak (aanvullende figuur 10).
    4. De twee Haakjes been kaak aan de Beam ondersteuning--kaak sectiekoppelen. Wanneer ze worden neergezet, moet de tip van de ram worden op een gelijke afstand van elke kaak.
    5. Plaats van de Fractuur van het Platform (aanvullende cijfers 11A en 11B) boven de kaken.
    6. Afdrukken van de Mal positionering fractuur (aanvullende cijfers 12A en 12B) en de Jig Pin Gauge (aanvullende cijfers 13A en 13B) gebruik van een additief productie-apparaat of machine de onderdelen van aluminium.
      Opmerking: De afmetingen van de mallen worden berekend in de optimalisatie stappen beschreven in stap 2.
    7. Sluit de Jig positionering fractuur aan het Platform fractuur.
    8. Bevestigen dat de diepte van het effect kan worden aangepast met behulp van de twee stop noten op de Staaf Ram.
    9. Bevestigen dat de snelheid van het effect kan worden aangepast door de Mount Magnet omhoog en omlaag te verplaatsen.
    10. Bevestigen dat de breedte van de breuk kan worden aangepast door het verplaatsen van de Haken been kaak dichterbij of verder weg van de Staaf Ram.

2. fractuur optimalisatie

  1. Fractuur locatie
    1. Röntgenfoto's van de ledematen (dijbeen of tibia) om te worden gebroken in een representatieve steekproef van 5 euthanized dieren te verkrijgen.
      Opmerking: Het monster moet gepaard gaan met de modellen, die zal worden gebruikt in het experimentele protocol gebaseerd op leeftijd, genotype en seks. Zelfs als het Slotprotocol aangedrongen op slechts één gebroken ledematen, zal beide monster ledematen worden gebruikt.
    2. Plaats de ledemaat raakvlak aan de x-ray-balk aan te schaffen waar-laterale en anterior/posterior uitzicht tot op het bot. Plaats een object van het bekende dimensie aan het imaging vliegtuig naar geeft een schaal voor analyse.
    3. Opmerking: Als imaging dijbeen, zorg ervoor dat de ledemaat is in volle uitbreiding, waar het dijbeen in hetzelfde axiale vlak als het scheenbeen is.
    4. Markeer de gewenste locatie van de breuk op de radiografie van de ledematen als gebroken (Figuur 1A - stippellijn). Meten van het teneinde-tibiale gewricht tot aan het niveau van de gemarkeerde breuk(Figuur 1). Bereken de lengte van de gemiddelde fractuur (FL) voor alle proef exemplaren. Meten van de intercondylar inkeping voor dijbeen breuken.
  2. Fractuur-positionering jig
    1. Meet de afstand van het buitenoppervlak van een steun aambeeld naar het midden van de impact van de guillotine (CGI) (Figuur 2). De CGI van de FL, beschreven in stap 2.1.4, voor de berekening van de fractuur-positionering jig diepte (JD) aftrekken. Machine of 3D-print een U-vormige kanaal met een hoogte en een breedte gelijk is aan het aambeeld, en een diepte gelijk is aan de JD (Figuur 3A). Een technische tekening van de steekproef en het CAD-bestand zijn opgenomen in aanvullende cijfers 12A en 12B.
      Opmerking: Als de ledematen in de mal wordt geplaatst, moet het dorsum van de voet liggen tegen het oppervlak die het verst van de impact van de guillotine. Het U-vormige kanaal wijzigen als aanvullende goedkeuring vereist voor de ledematen is.
    2. Plaats het model in de breuk toestellen in de vatbaar positie voor dijbeen breuken in de liggende positie voor fracturen van de tibia (Figuur 4). Druk op het dorsum van de voet tegen het einde van de mal fractuur-positionering. Druk handmatig de guillotine tot de breuken van de ledematen. Het verkrijgen van een radiografie van de gebroken ledematen te bevestigen de mal grootte en breuk locatie (Figuur 2B).
    3. JD verhogen als de locatie van de breuk ook distale op het bot is of JD afnemen als de locatie van de breuk ook proximale op het bot is.
  3. Stabilisatie van de pin-parameters
    1. Pin lengte: Met behulp van de röntgenfoto's verkregen in stap 2.1, meet de ledematen lengte (LL) van de Tibia plateau naar het niveau van de achterste malleolus; voor fracturen van de tibia of het intercondylar inkeping aan de grotere trochanter voor dijbeen breuken. Vermenigvuldig de lengte van het bot met 0,9 voor het berekenen van de lengte van de pin (PL) (figuren 1A en 3B).
    2. Pin breedte: Met behulp van de röntgenfoto's verkregen in stap 2.1, meten de Wallenberg minimumdiameter (MD) in het gebroken ledemaat(Figuur 1). Selecteer een naald met een maat is ongeveer gelijk aan de Wallenberg diameter en een lengte van meer dan 1,5 x PL.
      Opmerking: De grootte van een geschatte pin voor een 14 weken oude C57BL/6J muis is 22 G, 1½ in en 27 G, 1¼ in voor het bovenbeen en onderbeen, respectievelijk.
  4. PIN snijden gauge
    1. 2.4.1. machine of 3D-print een meter met een lengte die gelijk is aan PL minus de lengte van de naald (CGL) (Figuur 3B; Aanvullende cijfers 13A en 13B). Ene uiteinde moet een overhang om te rusten tegen de hub van de naald en anderzijds dienen op te geven waar de pin moet worden gesneden. Een technische tekening van de steekproef en het CAD-bestand zijn opgenomen in aanvullende cijfers 13A en 13B.
  5. Intramedullaire pin fractuur stabilisatie
    1. Met behulp van de niet-gebroken proef specimens uit stap 2.1, verwijderen haren met een elektrische clipper of ontharende room van halverwege tibia naar halverwege dijbeen, bloot van het kniegewricht.
    2. Tibia vastzetten: invoegen van de naald percutaneously laterale aan het Patellaire ligament. De Patellaire ligament mediaal intrekken en uitlijnen van de punt van de naald op de as van het scheenbeen. Met behulp van een reaming beweging, zachtjes schenden het tibiale plateau en begeleiden van de naald naar beneden de Wallenberg holte.
    3. Dijbeen vastzetten: invoegen van de naald percutaneously laterale aan het Patellaire ligament. De Patellaire ligament mediaal intrekken en uitlijnen van de punt van de naald op de as van het bovenbeen in de intercondylar inkeping. Met behulp van een reaming beweging, zachtjes schending van het gewrichtsoppervlak van het intercondylar uitsparing en begeleiden van de naald naar beneden de Wallenberg holte.
    4. Met behulp van de maaswijdtemeter die vervaardigd in stap 2.4, pak totdat de blootgestelde naald gelijk aan de lengte van de spoorbreedte is. Intrekken van de naald om genoeg ruimte (~ 3 mm) om te snijden van de naald op het niveau dat is aangegeven door de meter.
      Opmerking: Zorg ervoor dat houd de proximale (plastic) uiteinde van de naald tijdens het snijden, zodat het niet een gevaarlijke projectiel.
    5. 0.3 mm van de distale einde van de pin met behulp van een cutter pin crimp en dan snijd de pin op het niveau van de meter. Het zinken van de pin naar het gewrichtsoppervlak met behulp van een staaf met een diameter van 1,5 x groter zijn dan de diameter van de naald.
      Noot: Crimpen voorkomt dat rotatie van de naald en migratie door het verhogen van de naald-bot contactpersoon.
    6. Verkrijgen van röntgenfoto's om te bevestigen de naald breidt de lengte van het Wallenberg kanaal van de ledematen en doet niet uitsteken uit het proximaal of DISTAAL eind (Figuur 1C).
  6. Effect diepte
    1. Met behulp van de röntgenfoto's verkregen in stap 2.1, meet de diameter van de cortex op het niveau van de gewenste breuk(Figuur 1). Bereken de corticale middendiameter (CD) voor alle proef exemplaren.
    2. Plaats een vastgezette proef specimen uit stap 2.5 in het apparaat van de breuk met de breuk-positionering mal vervaardigd in stap 2.2. De ram van invloed op de ongedeerd ledemaat rusten.
      Opmerking: Laat niet het RAM-geheugen te laten vallen; het bot moet tijdens deze stap van optimalisatie intact blijven.
    3. Breng genoeg neerwaartse kracht op het RAM-geheugen te comprimeren van weke delen, maar niet de breuk van het bot. Pas het effect diepte (ID) aan 0,75 x CD (Figuur 2).
      Opmerking: De ideale effect diepte is 0,5 x CD wanneer breken een been zonder enige weke delen. Met behulp van 0,75 rekeningen voor de extra compressie van de soft-weefsel.
  7. Aambeeld breedte
    1. Stel de breedte van de aambeeld (AW) tot 0,4 cm voor de muis tibia of het bovenbeen (Figuur 2).
      Opmerking: Een grotere breedte wordt aanbevolen voor grotere exemplaren zoals ratten.
  8. RAM gewicht
    1. Een minimum gewicht van 250 g wordt aanbevolen voor lymfkliertest specimens.
      Opmerking: Extra gewicht kan worden schroefdraad op het RAM-geheugen voor grotere specimens (Figuur 2).
  9. Botssnelheid
    1. De valhoogte (DH) ingesteld op 2 cm (Figuur 2). Plaats het RAM-geheugen in de beginopstelling door het verbinden van de geactiveerde elektromagneet.
    2. Plaats een proef ledemaat in het apparaat van de breuk. Druk op het dorsum van de voet tegen de fractuur-positionering mal vervaardigd in stap 2.2. Kort drukken de voetschakelaar om het RAM-geheugen vrij te geven en vervolgens opnieuw instellen op de beginpositie.
    3. Radiograph de beïnvloed proef ledemaat. Het analyseren van de ledemaat voor enig bewijs van een breuk (Figuur 1D).
      Opmerking: Dit kan subtiel zijn bij het gebruik van lage snelheden met een gecontroleerde effect diepte.
    4. Als geen fractuur is gegenereerd, herhaal stap 2.9.1 - 2.9.3 en verhogen de valhoogte door 2 cm.
    5. Als een breuk is gegenereerd, noteer de valhoogte en vermenigvuldigen met 1.1. Dit is de nieuwe DH.
    6. Met behulp van de DH uit stap 2.9.5, breuk de volgende proef ledemaat.
    7. Als geen fractuur is gegenereerd, herhaal stap 2.9.1 - 2.9.6 en verhogen de valhoogte door 2 cm.
    8. Als een breuk gegenereerd, herhaal stappen 2.9.6 is - worden 2.9.7 totdat alle monsters testen gebruikt. Noteer de definitieve DH en alle parameters (FL, CGI, JD, PL, MD, PS, Corpus geniculatum Laterale, CD, ID, AWen RW) van de optimalisatie. Neem de proef exemplaren leeftijd, geslacht, genotype en gewicht.

3. gesloten-gestabiliseerde fractuur generatie

  1. Set-up
    1. Het steriliseren van alle apparatuur en instrumenten via autoclaaf, heet kraal onderdompeling of hun equivalent.
    2. Plaats een verwarmingselement op de chirurgische tabel en stel deze in op de optimale temperatuur. Dekking van het element met een chirurgische draperen. Bereiden 3 x 3 in2 van chirurgische draperen met een 0,75-in cirkel Knip in het midden.
    3. Bevestigen van de aanpassing van de toren van de breuk voor elk afzonderlijk experiment (Figuur 2). ID, AW, RWen DH instellen op de waarden die zijn afgeleid van de specifieke optimalisatie-protocol aan het geslacht, leeftijd en genotype voor het specimen worden bestudeerd.
    4. Wegen en het gewicht van het dier.
  2. Chirurgie
    1. Adequate wijze verdoven de muis met inhalant verdoving (Isofluraan: 4-5% voor inductie; 1-2% voor onderhoud) of een ander laboratorium verdoving protocol vastgesteld. De luchtwegen tarief moet 55-100 adem/min. Het dier mag niet reageren op een snuifje hind-limb teen.
    2. Beheren van de eerste dosis van de postoperatieve analgesie buprenorfine (0,1 mg/kg subcutaan).
    3. Oogbeschadigingen en/of smering om te voorkomen dat het drogen van het hoornvlies van toepassing.
    4. Verwijder de haren van het dier met een elektrische clipper uit halverwege tibia tot halverwege dijbeen, bloot van het kniegewricht. Reinig de site van overtollige haren met behulp van nietreactief tape. Het vastmaken site voorbereiden met een NAT doekje dat bevochtigd met 70% EtOH. Herhaal zo nodig alle haren verwijderen uit het gebied van de incisie.
    5. Bereiden en reinig het vastmaken gebied met alternatieve swabs van Povidon-Jood en 70% EtOH. Gebruik twee alternatieve wattenstokje sequenties om steriliteit.
    6. Een gordijn wordt dan rond de chirurgische site geplaatst nadat de huid heeft op passende wijze ontsmet.
    7. PIN de ledemaat te worden gebroken met behulp van het protocol beschreven in stap 2.5. Röntgenfoto's om te bevestigen de pin breidt de lengte van het Wallenberg kanaal maar doet niet uitsteken uit het proximaal of DISTAAL eind te verwerven.
    8. Schakel op de elektromagneet en sluit de effect-ram om het te plaatsen in de uitgangspositie.
    9. Plaats het model in het apparaat van de fractuur door deze te plaatsen in een horizontale positie voor dijbeen breuken of in een liggende positie voor fracturen van de tibia. De vastgezette ledematen moet worden geplaatst in de aambeelden en in de mal fractuur-positionering met het dorsum van de voet gedrukt tegen de buitenkant van de mal.
    10. Terwijl op de voet met de ene hand te drukken en om ervoor te zorgen alleen de ledematen in het effect ram doelgebied, kort druk de voetschakelaar om het RAM-geheugen vrij te geven. Vervang het RAM-geheugen in de uitgangspositie.
    11. Verwerven van röntgenfoto's en bevestig de fractuur locatie en het type.
  3. Postoperatieve beheer
    1. Controleren van het dier elke 15 min tijdens haar herstel van anesthesie totdat het dier is bewust, sternale ligcomfort kan handhaven en ambulant. Bevestigen het dier kan ambulate over een periode van 72 uur.
    2. Huis het dier individueel totdat het volledig is hersteld.
    3. Analgesia behouden over een periode van 48 uur met buprenorfine (0,1 mg/kg subcutaan) toegediend elke 12 h.
    4. Controleren en vastleggen van de gezondheidsstatus van het dier dagelijks voor 7-10 d of tot euthanasie.
  4. Na breuk analyse
    1. Meten van FL, PL, CD, MD, en de breuk patroon. De metingen opnemen in een bestand van de stamgegevens.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

De guillotine vroeger in ons laboratorium is in 2004 ontwikkeld en was gebaseerd op modellen gepubliceerd door Einhorn21. Het ontwerp aanpassingen ter voldoende verantwoording voor eventuele verschillen in morfologie van het bot niet mogelijk en niet mogelijk een reproduceerbare positionering van de ledematen. Bovendien vereist het vorige apparaat twee mensen om hem te bedienen. Dus we ontworpen, ontworpen en gebouwd van een nieuwe breuk-apparaat. Het belangrijkste ontwerpdoel was de mogelijkheid om de hifi-aanpassing van de fractuur diepte effect kracht, drie-punt-contact en dierlijke positionering. Het ontwerp is gebaseerd op een apparaat van de fractuur in 200822beschreven door Marturano. Een beperkende factor van hun ontwerp was de link tussen de diepte van de breuk en de botssnelheid. De botssnelheid kan niet worden aangepast zonder dat de diepte van de breuk en de dierlijke positionering. Dit maakte het onmogelijk om te veranderen slechts een variabele in een tijd bij het optimaliseren van de parameters van de breuk. Bovendien heeft het een manier om gemakkelijk aanpassen van de locatie van een breuk in een lang bot niet bevatten. Wijzigen hoe de diepte van de breuk en de snelheid van het RAM-geheugen is aangepast, maakt het hier gepresenteerde ontwerp een hoge resolutie, onafhankelijke aanpassing van alle variabelen van de breuk. Bovendien, het apparaat kan worden bediend door een enkele gebruiker, het is rendabel en hierdoor verstelbare dierlijke positionering voor het genereren van locatie-specifieke fracturen.

Een optimalisatie van de tibia fracturen bij 17-week-oude C57BL/6J mannelijke muizen werd uitgevoerd met behulp van vijf exemplaren. Het doel was om het genereren van eenvoudige dwarse fracturen net onder het niveau van het inbrengen van het kuitbeen in het scheenbeen. De site van de distale tibia is een gemeenschappelijke site van menselijke botbreuk dat resulteert in non-adhesie en, bovendien, biedt een homogene regio van het scheenbeen en vermijdt complicaties in de analyse die geassocieerd worden met schade kuitbeen. Muizen waren euthanized en radiographed. De gemiddelde FL uit het teneinde-tibiale gewricht aan het distale gedeelte van het inbrengen van het kuitbeen in het scheenbeen was 0.556 ± 0,025 cm. met een aambeeld breedte van 0,4 cm, de CGI was 0.2 cm, waaruit een JD van 0.356 cm werd berekend. Een positionering mal werd gebouwd met behulp van computer aided designsoftware en afgedrukt met een resolutie van 0,01 mm in acrylonitril butadieen styreen (ABS) met behulp van een 3D-printer (Figuur 3B). Met behulp van een proef scheenbeen, het ontwerp van de mal en de locatie van de breuk werd bevestigd door radiografie (Figuur 1B).

Voor de hier vermelde resultaten, de PL werd berekend als 1.579 cm, gebaseerd op 90% van de gemiddelde tibiale lengte (1.754 ± 0.031 cm). De middendiameter Wallenberg (MD) was 0,05 cm. Een breinaalden van 27 G x 3.175 cm werd geselecteerd voor het overschrijden van de nodige PL en vul het intramedullaire kanaal (27 G = 0.041 cm). Een graadmeter snijden werd gebouwd met een lengte van 1.596 cm af te bakenen het niveau van de pin (Figuur 3B) snijden. Elk van de resterende negen tibiae werd vervolgens vastgemaakt. De corticale middendiameter was 0.098 cm, die werd gebruikt voor het berekenen van een diepte (ID) van de gevolgen van 0.073 cm.

De eerste tibia werd beïnvloed op een valhoogte van 1 cm, wat in geen fractuur resulteerde. De valhoogte werd verhoogd met 1 cm tot 2 cm. De nieuwe hoogte resulteerde in een eenvoudige dwarse breuk. De valhoogte werd voor de latere breuk verhoogd met 10% tot 2,2 cm. Dit produceerde een eenvoudige dwarse breuk op de eerste druppel. Alle het resterende scheenbeen gebroken op 2,2 cm. In totaal resulteerde 9/9 (100%) van het vastgezette en gebroken scheenbeen in eenvoudige dwarse fracturen zonder pin buigen. Het percentage van de lengte van de experimentele pin tot de doelgroep pin lengte en de lengte van de experimentele fractuur aan de lengte van de fractuur doel waren 101.1 tot 97,6%, respectievelijk. De definitieve parameters worden gemeld in tabel 1, waartoe ook representatieve dijbeen gegevens.

Met de geoptimaliseerde parameters ontwikkeld boven, werd een proces ondernomen te pre- en post optimalisatie breuken vergelijken. Retrospectieve röntgenfoto's werden verkregen uit vorige tibia fracturen die zijn gegenereerd in ons lab met behulp van een eenvoudige guillotine21 zonder optimalisatie. Kortom, de tibiae werden vastgemaakt met behulp van een draad 0.029-cm. De draad is ingevoegd totdat weerstand werd gevoeld, 3 mm, snij en gedreven in plaats ingetrokken. Vervolgens werd de muis onder de guillotine met het punt van impact ongeveer bij het inbrengen van het kuitbeen in het scheenbeen geplaatst. De guillotine was vervolgens gedaald van een niveau van 10 cm. Een extra dataset van fracturen werd verzameld die waren gegenereerd met behulp van de verstelbare guillotine en parameters die zijn afgeleid van de optimalisatie-protocol (tabel 1). Elke groep bevat 58 fracturen in 14 weken oude, genotype-matched muizen. De röntgenfoto's werden geanalyseerd voor experimentele fractuur lengte (EFL): de afstand van het teneinde-tibiale gewricht naar de breuk, de experimentele pin lengte (EPL), de lengte van het bot en de breuk patroon.

Met behulp van een verstelbare fractuur apparaat en geoptimaliseerd parameters aanzienlijk verbeterd (p < 0.001) de generatie van eenvoudige dwarse fracturen (Figuur 5). De pre optimalisatie groep alleen gegenereerd een eenvoudige dwarse breuk 46.55% (27/58) van de tijd, in vergelijking met de post optimalisatie-groep die gegenereerd een eenvoudige dwarse breuk 98.28% (57/58) van de tijd. Slechts één exemplaar in de groep post optimalisatie was een complexe breuk als gevolg van een malalignment in de positionering mal. Op basis van de in het protocol optimalisatie beschreven methoden, moet de lengte gesneden pin 90% van de totale been lengte vastleggen. Met behulp van de parameters van de optimalisatie en de pin snijden gauge, was het percentage van de lengte van de experimentele pin tot been lengte in de groep post optimalisatie 92,43%, vergeleken met slechts 83.67% in de pre-optimalisatie-groep (p < 0,001). De optimalisatie ook aanzienlijk daalde de variabiliteit van de fractuur locaties, de lengte van de pin en de pin-naar-been lengte percentage (p < 0,001). De resultaten zijn vermeld in tabel 2.

Figure 1
Figuur 1 : De optimalisatie en de generatie van een eenvoudige tibia fractuur. Deze panelen tonen laterale röntgenfoto's van een lymfkliertest tibia. (A) dit paneel toont de pre fractuur-metingen. De gele stippellijn markeert de ideale fractuur locatie. De meting-overlays voor de lengte van de fractuur (FL), ledematen lengte (LL), Wallenberg diameter (MD) en corticale diameter (CD) worden aangegeven in de radiografie. (B) dit paneel toont een fractuur locatie test. De solide pijlpunt geeft het niveau van breuk in een niet-gestabiliseerde tibia voor het testen van de positionering jig parameters. (C) dit paneel toont een pin lengte test met een pre fractuur radiografie voor het testen van de pin lengte (PL) en snijden gauge. PL moet 90% van de LL, opvulling van het intramedullaire kanaal, en niet uitsteken proximally of distally. (D) dit paneel toont een generatie na optimalisatie fractuur. De schets van de pijlpunt geeft het niveau van de eenvoudige dwarse tibia fractuur. De pin is niet gebogen op het niveau van invloed. Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.

Figure 2
Figuur 2 : Verstelbare fractuur apparaat ontwerp. Deze figuur toont frontale, zijdelingse en perspectief weergaven van het apparaat van de breuk. De frontale weergave bevat aantekeningen van belangrijke apparaat onderdelen. De zijdelingse weergave bevat vergrote details ter illustratie van de instellingen voor het effect diepte (ID), de valhoogte (DH) en de aambeeld-breedte (AW). Extra gewicht kan worden toegevoegd aan het RAM-geheugen door threading op gewichten bij de bovenkant van de ram van de invloed aangegeven door de rode pijlpunt. De stippellijn in de aambeeld breedte aanpassing Detail geeft aan regel van impact. Het midden van de guillotine invloed op het buitenoppervlak een ondersteuning aambeeld (CGI) wordt gebruikt voor het berekenen van de diepte van de positionering mal voor de productie van een nauwkeurige en precieze fractuur-niveau. De positionering mal wordt weergegeven in Figuur 3Ain detail. Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.

Figure 3
Figuur 3 : Positioning jig en snijden meten ontwerp. (A) dit paneel toont details van de muis positionering van de mal. De diepte van de mal (JD) kan worden aangepast als de locatie van de breuk op de ledemaat wilt wijzigen. Verhoging van JD zal bewegen de breuk proximally en afnemende JD zal bewegen de breuk distally. (B) dit paneel toont de details van de naald en de pin snijden gauge. De lengte van de pin (PL) moet 90% van de ledematen lengte (LL)(Figuur 1). Het snijden meter lengte (CGL) is afgeleid van de PL uit de lengte van de naald af te trekken. In dit voorbeeld wordt een maat snijden is opgebouwd (CGL = 1,6 cm) af te bakenen een 27-G naald (lengte = 3.175 cm), waardoor een PL van 1.58 cm na het uitsnijden. Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.

Figure 4
Figuur 4 : Tibia - en dijbeen-fractuur positionering. Dit zijn de top-down-foto's van (A) een tibia muisen (B) dijbeen in de positing mal. (A.1) voor tibia fracturen, de muis is geplaatst in een liggende positie met het scheenbeen in het midden van de aambeelden ondersteuning en het dorsum van de voet tegen de mal gedrukt. (B.1) voor dijbeen breuken, de muis is geplaatst in een horizontale positie met het dorsum van de voet tegen de mal gedrukt. De gele stippellijn geeft de locatie van het aambeeld-effect. (A.2 en B.2) De onderste foto's tonen de aambeeld-locatie op het moment van impact. De positionering van de onderzoeker de handen zich niet bemoeien met de bediening van het RAM-geheugen. Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.

Figure 5
Figuur 5 . Pre-en post optimalisatie van de generatie van de breuk. Deze panelen Toon laterale röntgenfoto's van representatieve fracturen van de pre optimalisatie (A) en (B) na optimalisatie fractuur groepen. De grootte van de groep was 58 muizen. Solide pijlpunten en pijlpunt contouren aangeven van breuk in de pre- en post optimalisatie groepen, respectievelijk. (A.1 - A.5) De pre optimalisatie van fracturen gegenereerd tonen een hoge mate van trimventilatoren en de variabiliteit van de fractuur-niveau. De pin-diameter vult slechts gedeeltelijk het intramedullaire kanaal met een hoge mate van variabiliteit van de lengte. De pin lengte inconsistentie resulteerde in (A.3) niet-gestabiliseerde fracturen en (A.3 - A.5) pin blootstelling. Een gebrek aan breuk dieptecontrole resulteerde in (A.4) gebogen pinnen en bijgedragen aan (A.1 - A.5) trimventilatoren. In fracturen gegenereerd na optimalisatie (Zie tabel 1 voor de volledige lijst met parameters), het gebruik van een positionering mal (Figuur 3A) resulteerde in een lage variabiliteit van breuk locaties (gele pijlpunt omtrekken). De optimalisatie van de breedte van de pin gebaseerd op pre fractuur röntgenfoto's resulteerde in een pin-selectie die het kanaal intramedullaire gevuld. Het gebruik van een pin snijden gauge (Figuur 3B) resulteerde in een consistente pin lengte. De optimalisatie van de valhoogte en het effect diepte geproduceerd eenvoudige dwarse fracturen met geen trimventilatoren of verbogen pinnen. Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.

Afkorting Tibia Dijbeen
Pre fractuur parameters
Aambeeld breedte (cm) AWW 0,40 0,40
RAM gewicht (g) RW 272.00 272.00
Pre fractuur metingen
Ledematen lengte (cm), mean±SD LL 1.75±0.03 1.32±0.05
Corticale Diameter (cm), mean±SD CD 0.10±0.00 0.15±0.01
Wallenberg Diameter (cm), mean±SD MD 0.05±0.00 0.09±0.01
PIN maat (meter/cm) PS 27/3.175 23/3.810
Centrum van Guillotine Impact (cm) = AW / 2 CGI 0.20 0.2
Fractuur lengte (cm), mean±SD FL 0.56±0.02 0.64±0.01
Optimalisatie
PIN lengte (cm) = 0,9 * LL PL 1.58 1.19
Invloed van de diepte (cm) = 0,75 * CD ID 0,07 0.11
Snijden Gauge lengte (cm) = PS - PL CORPUS GENICULATUM LATERALE 1,60 2.62
Jig diepte (cm) = FL - CGI JD 0.36 0.44
Valhoogte (cm) DH 2.20 4.40
Na breuk metingen
Experimentele Pin lengte (cm), mean±SD EPL 1.60±0.06 1.19±0.04
Lengte van de experimentele Pin aan Pin lengte (%) 101.1% 100,0%
Experimentele fractuur lengte (cm), mean±SD EFL 0.54±0.01 0.62±0.06
Experimentele fractuur lengte breuk lengte (%) 97,6% 97,1%
Eenvoudige dwarse breuk (%) 9/9 (100%) 9/9 (100%)

Tabel 1: Parameters van de fractuur generatie vóór en na de ontwikkeling van het nieuwe systeem van de guillotine.

Pre optimalisatie Na optimalisatie Test Betekenis
Experimentele fractuur lengte (cm), mean±SD 0.74±0.28 0.52±0.05 t < 0,001
F < 0,001
Experimentele Pin lengte (cm), mean±SD 1.47±0.21 1.57±0.09 t < 0,001
F < 0,001
Pin aan been lengte (%), mean±SD 83.67±11.97 92.43±5.29 t < 0,001
F < 0,001
Eenvoudige dwarse breuk (%) 46.55 98.28 Pearson < 0,001

Tabel 2: Breuk resultaten vóór en na de optimalisatie van de parameter.

Supplementary Figure 1
Aanvullende figuur 1: technische tekening steun halffabrikaat. Deze afbeelding ziet u een technische tekening voor de montage van de onderdelen. Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.

Supplementary Figure 2
Aanvullende figuur 2: technische tekening van de Ram halffabrikaat. In deze afbeelding ziet u een technische tekening voor de montage van de ram onderdelen. Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.

Supplementary Figure 3
Aanvullende figuur 3: technische tekening blokkeert. Deze afbeelding ziet u een technische tekening die kan worden gebruikt voor de vervaardiging van de halte en begeleiden van blokken voor de apparatuur van de breuk. We gebruikten aluminium. Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.

Supplementary Figure 4
Aanvullende figuur 4: Rod, Ram technische tekening. Deze afbeelding ziet u een technische tekening die kan worden gebruikt voor de vervaardiging van het RAM-geheugen voor het fractuur-apparaat. We gebruikten roestvrij staal. Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.

Supplementary Figure 5
Aanvullende figuur 5: schroef, uitlijning technische tekening. Deze afbeelding ziet u een technische tekening die kan worden gebruikt voor het wijzigen van een Inbusbout van het GLB voor het uitlijnen van het RAM-geheugen. Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.

Supplementary Figure 6
Aanvullende figuur 6: Pate, montage van de technische tekening. Deze afbeelding ziet u een technische tekening voor de vervaardiging van de montageplaat voor de apparatuur van de breuk. We gebruikten aluminium. Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.

Supplementary Figure 7
Aanvullende figuur 7: technische tekening van de magneet halffabrikaat. Deze afbeelding ziet u een technische tekening voor de montage van de onderdelen van de magneet. Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.

Supplementary Figure 8
Aanvullende figuur 8: Mount, magneet technische tekening en CAD-bestand. (A) van deze afbeelding ziet u een technische tekening en (B) CAD-bestand dat kan worden gebruikt voor de vervaardiging van de magneet-mount (bestandsindeling: *.stl). We 3D-afgedrukt het deel met behulp van polylactic acid (PLA). Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.

Supplementary Figure 9
Aanvullende figuur 9: Complete samenstelling technische tekening en CAD-bestand. Deze afbeelding ziet u (A) een technische tekening van de complete fractuur vergadering met zijn componenten en (B) het CAD-bestand (bestandsindeling: *.iam). Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.

Supplementary Figure 10
Aanvullende figuur 10: beugel, been kaak technische tekening. Deze afbeelding ziet u een technische tekening die kan worden gebruikt voor de vervaardiging van de been-haken voor het fractuur-apparaat. De haakjes zijn gefreesd uit off-the-shelf 8020 hoek haakjes. Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.

Supplementary Figure 11
Aanvullende figuur 11: Platform, technische tekening en CAD-bestand Fracture. (A) van deze afbeelding ziet u een technische tekening en (B) CAD-bestand dat kan worden gebruikt voor de vervaardiging van het platform van de fractuur (bestandsindeling: *.stl). We 3D-afgedrukt het deel met behulp van polylactic acid (PLA). Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.

Supplementary Figure 12
Aanvullende figuur 12: Jig, positionering fractuur technische tekening en CAD-bestand. (A) van deze afbeelding ziet u een technische tekening en (B) CAD-bestand dat kan worden gebruikt voor de vervaardiging van de mal ledemaat-positionering (bestandsindeling: *.stl). We 3D-afgedrukt het deel met behulp van polylactic acid (PLA). Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.

Supplementary Figure 13
Aanvullende figuur 13: Jig, Pin Gauge technische tekening en CAD-bestand. (A) van deze afbeelding ziet u een technische tekening en (B) CAD-bestand dat kan worden gebruikt voor de vervaardiging van een pin snijden gauge (bestandsindeling: *.stl). We 3D-afgedrukt het deel met behulp van polylactic acid (PLA). Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

Deze breuk-optimalisatie en generatie-protocol biedt onderzoekers met een efficiënte methode om te ontlenen bij breuk parameters en het uitvoeren van een minimaal invasieve procedure die nauwkeurige, herhaalbare, dwarse fracturen produceert. Dit protocol bepaalt bovendien een gemeenschappelijk pakket fracture generatie parameters, die methode consistentie tussen onderzoekers bevordert. Deze parameters kan de oprichting van een gemeenschappelijke gegevensbank van de fractuur fractuur normen op basis van diverse parameters (bijvoorbeeld, leeftijd, geslacht, gender en genotype) vast te stellen. Een optimalisatie van de fractuur variabelen vermindert aanzienlijk voorbeeld heterogeniteit - de hoeveelheid verspilde tijd verloren middelen en onbruikbaar gegevens te verminderen.

Voor het genereren van nauwkeurige en precieze fracturen, is het essentieel om een gestandaardiseerde samenstel van fractuur generatie parameters die zal produceren van een hoge mate van specificiteit en verminderen van de variabiliteit van de fractuur locaties. Naast fractuur generatie is voldoende stabilisatie ook nodig ter bevordering van de vorming van de eelt van de breuk en verminderen de kans op non-adhesie. Intramedullaire pinning is een gemeenschappelijk fixatie-methode gebruikt om te stabiliseren appendicular long botbreuken, zowel experimenteel en klinisch. Intern gefixeerd fracturen hebben de neiging om te helen indirect - een proces waarbij weefsel differentiatie, bot resorptie aan de fractuur oppervlak, en de daaropvolgende breuk Unie via vorming en remodeling callus. Deze processen kunnen worden gehinderd door het verkeer op de kruising van de breuk en migratie van de pin binnen de Wallenberg holte. Dit protocol maakt gebruik van een methode van de fixatie dat vermindert de mate van verplaatsing op de site van de breuk na fixatie en beperkt de omvang van de migratie van de pin zonder het gebruik van geavanceerde chirurgische apparatuur en technieken die kunnen leiden tot onnodige schade aan corticaal botweefsel. Het genereren van een aantal parameters van de pin die de intramedullaire contactpersoon per een specifieke monster type maximaliseren biedt de nodige stabiliteit voor juiste eelt vorming en bot remodeling.

Zodra de intramedullaire pin is geplaatst, de volgende kritieke stap is het genereren van een eenvoudige dwarse breuk. Protocollen die fracturen via extern toegepast, blunt force trauma genereren hebben het potentieel om te produceren verbrijzelde fracturen en fixatie hardware beschadigen. Ter beperking van deze complicaties, is het belangrijk om te controleren de diepte effect, dat gelijk is aan 0,5 x de gemiddelde corticale diameter van elke set van monster23. Trimventilatoren fractuur kan ook het gevolg van buitensporig geweld tijdens externe blunt force trauma procedures toegepast. Als de botssnelheid een kritische drempel overschrijdt, zal de snelheid van de voortplanting van de spleet stress golven wat resulteert in meerdere sites van de breuk24genereren. Het is essentieel om een hoogte voor ram gewicht en neerzetten die genoeg kinetische energie genereren zal voor het produceren van een fractuur, terwijl ook de drempel snelheid gevolgen voor de productie van de Golf van het stress, vermindering van de mogelijkheid van trimventilatoren. Een hoge-snelheid zal leiden tot een snelle laden van het bot, die bovenmatige energieabsorptie produceert voordat de breuk gegenereerde25 is. Bij breuk propagation, is de buitensporige energie die wordt geabsorbeerd tijdens het laden niet-lineair, uitgebracht die produceert trimventilatoren. Een lagere botssnelheid en langzamer laden van de energie heeft een hogere kans op een lineaire fractuur vergeleken met hoge impact snelheden en snelle laden26te produceren. Om te minimaliseren van de incidentie van trimventilatoren, dit protocol maakt gebruik van een RAM-geheugen standaard gewicht van 250 g voor muizen - dit kan worden aangepast aan een grotere soorten. Wanneer u werkt met zeer jonge dieren of mensen met een bekende botziekte (b.v., osteopenie of osteosclerosis), kan het nodig te verlagen van het gewicht van het RAM-geheugen zijn. Het is belangrijk om het gebruik van een consistente ram gewicht wanneer tegelijk aan te passen van de daling van de hoogte dus slechts één variabele wordt geoptimaliseerd. Berekeningen voor soortspecifieke ideale impact snelheden zal produceren meer consistente fracturen door boekhouding voor lichte variaties in de grootte en morfologie van de weke delen van het model.

De hierboven beschreven methoden elimineren vele tekortkomingen van andere fractuur generatie protocollen; sommige aspecten kunnen evenwel eisen dat opleiding tot efficiënt de gewenste resultaten opleveren. Een mogelijke complicatie van de procedure is een onjuiste pin-plaatsing, mogelijk veroorzaakt aanzienlijke bot of soft-weefselschade. Dit is vooral het gevolg de beperkte zichtbaarheid van de benadering en een gebrek aan voldoende bilaterale hand beweeglijkheid. Een interne fixatie zonder een open incisie kunt vereisen een redelijke hoeveelheid vaardigheid van de persoon die u de procedure uitvoert. Daarom is het belangrijk dat hij of zij heeft voldoende opleiding - op kadavers, indien nodig - om overtollige soft-weefsel schade die zou kunnen leiden complicaties tijdens het genezingsproces tot te voorkomen. Herkennen van de structuren die zijn opgegeven in het protocol (de Patellaire ligament tibiale plateau en intercondylar inkeping van het dijbeen) zal helpen produceren een consistente, nauwkeurige vastzetten met minimale soft-weefselschade. Het doel van de beschreven studie was echter niet om een gedetailleerde procedure voor de plaatsing van de pin, maar eerder om te beschrijven van methoden voor het opwekken van ideale fracturen.

Het gebruik van de maaswijdtemeter snijden wordt sterk aanbevolen om te voorkomen dat eventuele ruimen door het proximale einde van het dijbeen of de distale einde van het scheenbeen. Boren door de proximale einde van het dijbeen kan leiden tot geen onnodige schade aan de weke delen of been in de heup, mobiliteit en letsel complicaties veroorzaken tijdens het genezingsproces. Ruimen door middel van het distale einde van de tibia beschadigt ook enkel structuren, veranderen de gait mechanica, het laden, en de vorming van de eelt.

Het vergroten van de nauwkeurigheid van de locatie van de fractuur, kan een aangepaste ledemaat-positionering mal worden ontworpen om ervoor te zorgen dat de juiste positionering van de ledematen binnen het apparaat. Een precieze en accurate effect plaatsing is essentieel om consequent genereren fracturen op de gewenste locatie. Ons laboratorium werken momenteel twee mallen: één voor Midden-tibiale fracturen en de andere voor medio-femorale fracturen, maar de veelzijdigheid van een modulair ontwerp en 3D printen geeft onderzoekers de mogelijkheid om het genereren van fracturen op allerlei locaties. De toevoeging van een aangepaste mal ontworpen voor het genereren van breuken op een bepaalde locatie verhoogt de nauwkeurigheid en de precisie van de fractuur generatie door het beperken van de kans op fouten van de exploitant.

De enkele beperkingen van deze methode zijn vergelijkbaar met degenen die zich voordoen bij andere bestaande gesloten fractuur-technieken. Overmatig zacht weefsel of vet kan belemmeren de generatie van fracturen, zoals gezien bij oudere of overgewicht muizen. Het is belangrijk op te merken dat dit normaal als gevolg van een gebrek aan kracht en niet aan een gebrek aan effect diepte is. Deze beperking kan worden overwonnen door het verhogen van het gewicht van het RAM-geheugen of de snelheid te verhogen van de kinetische energie toegepast op de site van de breuk. Deze methode is ook gebaseerd op interne fixatie, die kan van invloed zijn op de genezing en verstoren het endosteale oppervlak van het bot. Terwijl endosteale onderbreking ook klinisch optreedt met intramedullaire spijkeren, als de bijdrage van endosteum breuk reparatie wordt bestudeerd, worden externe fixatie of platen een betere optie. Een extra beperking is het vereiste monster van offerdieren om de initiële parameters; echter zoals de breuk-variabelen voor meer types van de steekproef zijn vastgesteld en de database ontwikkelt, moet de behoefte aan aanvullende opofferende monsters afnemen.

Het beschreven protocol verhoogt de precisie van geïnduceerde trauma's door het gebruik van gestandaardiseerde parameters specifiek voor monster type, minimaliseren van de heterogeniteit van de fractuur meestal gezien in gesloten fractuur generatie procedures. Meest recente breuk generatie protocollen zijn van toepassing op alleen lymfkliertest soorten en produceren van matig consistente fracturen. Ze vaak vereisen het gebruik van een specifieke monster type om optimale resultaten te verkrijgen of niet meetvariaties binnen de stammen. Het protocol gepresenteerd hier rekeningen voor variatie in grootte of bot morfologie die kan bestaan tussen de muis stammen en kan worden aangepast aan het genereren van consistente fracturen bij andere diersoorten. Bovendien zal de wijdverbreide toepassing van dit protocol steun de aanname van een taal van de gestandaardiseerde breuk tussen onderzoekers. Met behulp van soortgelijke protocollen met gemeenschappelijke variabelen zal de methode samenhang vergroten en versterken van vergelijkingen tussen studies. Terwijl de parameters die hierboven besproken specifiek voor lymfkliertest lange beenderen zijn, is er het potentieel voor de breuk optimalisatie-protocol moet worden gebruikt bij extra fractuur modellen, verdere verhoging van de veelzijdigheid van een collectieve fractuur generatie parameter database. Dit protocol fractuur optimalisatie dienst zal de productie van homogene, bruikbare monsters verhogen door het verbeteren van de consistentie van de locatie van de breuk en het patroon. Het hogere percentage opbrengst van de monsters zal verlagen van de verspilling van middelen van het laboratorium, verminderen van het aantal dieren nodig en studie-efficiëntie.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

De auteurs hebben niets te onthullen.

Acknowledgments

Het onderzoek in deze publicatie gerapporteerd werd gesteund door het nationale Instituut van artritis en Musculoskeletal en ziekten van de huid van de National Institutes of Health onder award nummer F30AR071201 en R01AR066028.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Support Subassembly Supplementary Figure 1
Beam, Support--Jaw Section  80/20 1003 x 9.00 w/ #7042 at A, C, in Left End
Beam, Support--Horizontal Section 80/20 1002 x 14.00
Beam, Support--Vertical 1 80/20 1050 x 10.50  w/ #7042 at A in Left End and at A in Right End
Beam, Support--Vertical 2 80/20 1010 x 10.50  w/ #7042 at D, B in Left End and at A in Right End
Beam, Support--Plate Mount 80/20 1030 x 8.00  w/ #7036 at Left End
Beam, Support--Magnet 80/20 1010 x 13.50  w/ #7042 at A, C, in Right End
Anchors (3) 80/20 3392
Double Anchor (3) 80/20 3091
Bolt Assembly (6) 80/20 3386 1/4-20 x 3/8"
Button Head Socket Cap Screw (6) 80/20 3604 1/4-20 x 3/4"
Ram Subassembly Supplementary Figure 2
Block, Stop Custom Supplementary Figure 3
Block, Guide Custom Supplementary Figure 3
Rod, Ram Custom Supplementary Figure 4
Alignment Screw Custom Supplementary Figure 5
Plate, Mounting Custom Supplementary Figure 6
Linear Sleeve Bearing (2) McMaster-Carr 8649T2
Hex Nut (3) McMaster-Carr 92673A125 3/8-16 UNC
Socket Cap Screw (8) McMaster-Carr 92196A108 4/40 x 3/8"
Socket Cap Screw (6) McMaster-Carr 92196A032 4/40 x 1 1/8"
Socket Cap Screw (1) McMaster-Carr 92196A267  10/32 3/8"
Magnet Subassembly Supplementary Figure 7
Mount, Magnet Custom Supplementary Figure 8
Power Supply McMaster-Carr 70235K23
Foot Switch McMaster-Carr 7376k2
Electromagnet McMaster-Carr 5698k111
Wire - 10 feet McMaster-Carr 9936k12
Rod, Magnet McMaster-Carr 95412A566 1/4" Threaded Rod x 7"
Corner Bracket (6) 80/20 4108
Socket Cap Screw (1) McMaster-Carr 92196A705 10/32 1 1/4"
Hex Nut (4) McMaster-Carr 92673A113 1/4-20 UNC
Complete Assembly Supplementary Figure 9
Bracket, Leg Jaw (2) Custom Supplementary Figure 10
Platform, Fracture Custom Supplementary Figure 11
Jig, Positioning-Fracture Custom Supplementary Figure 12
Other
Pin Cutter Medical Supplies and Equipment 150S
Needles Sigma Z192430, Z192376  23g x 1.5" - mouse femur, 27g x 1.25" - mouse tibia

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. BMUS: The Burden of Musculoskeletal Diseases in the United States. , Available from: http://www.boneandjointburden.org/ (2014).
  2. Corso, P., Finkelstein, E., Miller, T., Fiebelkorn, I., Zaloshnja, E. Incidence and lifetime costs of injuries in the United States. Injury Prevention. 12 (4), 212-218 (2006).
  3. Nguyen, N. D., Ahlborg, H. G., Center, J. R., Eisman, J. A., Nguyen, T. V. Residual lifetime risk of fractures in women and men. Journal of Bone and Mineral Research: The Official Journal of the American Society for Bone and Mineral Research. 22 (6), 781-788 (2007).
  4. Thompson, Z., Miclau, T., Hu, D., Helms, J. A. A model for intramembranous ossification during fracture healing. Journal of Orthopaedic Research: Official Publication of the Orthopaedic Research Society. 20 (5), 1091-1098 (2002).
  5. Cheung, K. M. C., Kaluarachi, K., Andrew, G., Lu, W., Chan, D., Cheah, K. S. E. An externally fixed femoral fracture model for mice. Journal of Orthopaedic Research. 21 (4), 685-690 (2003).
  6. Connolly, C. K., et al. A reliable externally fixated murine femoral fracture model that accounts for variation in movement between animals. Journal of Orthopaedic Research. 21 (5), 843-849 (2003).
  7. 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).
  8. Gröngröft, I., et al. Fixation compliance in a mouse osteotomy model induces two different processes of bone healing but does not lead to delayed union. Journal of Biomechanics. 42 (13), 2089-2096 (2009).
  9. Bonnarens, F., Einhorn, T. A. Production of a standard closed fracture in laboratory animal bone. Journal of Orthopaedic Research. 2 (1), 97-101 (1984).
  10. Huang, C., et al. The spatiotemporal role of COX-2 in osteogenic and chondrogenic differentiation of periosteum-derived mesenchymal progenitors in fracture repair. PloS One. 9 (7), 100079 (2014).
  11. Waki, T., et al. Profiling microRNA expression during fracture healing. BMC Musculoskeletal Disorders. 17, 83 (2016).
  12. Yee, C. S., et al. Sclerostin antibody treatment improves fracture outcomes in a Type I diabetic mouse. Bone. 82, 122-134 (2016).
  13. Wong, E., et al. A novel low-molecular-weight compound enhances ectopic bone formation and fracture repair. The Journal of Bone and Joint Surgery. American Volume. 95 (5), 454-461 (2013).
  14. Prodinger, P. M., et al. Does Anticoagulant Medication Alter Fracture-Healing? A Morphological and Biomechanical Evaluation of the Possible Effects of Rivaroxaban and Enoxaparin Using a Rat Closed Fracture Model. PloS One. 11 (7), 0159669 (2016).
  15. Menzdorf, L., et al. Local pamidronate influences fracture healing in a rodent femur fracture model: an experimental study. BMC Musculoskeletal Disorders. 17, 255 (2016).
  16. Hagiwara, Y., et al. Fixation stability dictates the differentiation pathway of periosteal progenitor cells in fracture repair. Journal of Orthopaedic Research: Official Publication of the Orthopaedic Research Society. 33 (7), 948-956 (2015).
  17. Gardner, M. J., et al. Differential fracture healing resulting from fixation stiffness variability: a mouse model. Journal of Orthopaedic Science: Official Journal of the Japanese Orthopaedic Association. 16 (3), 298-303 (2011).
  18. Catma, M. F., et al. Remote ischemic preconditioning enhances fracture healing. Journal of Orthopaedics. 12 (4), 168-173 (2015).
  19. Lichte, P., et al. Impaired Fracture Healing after Hemorrhagic Shock. Mediators of Inflammation. 2015, 132451 (2015).
  20. Lopas, L. A., et al. Fractures in geriatric mice show decreased callus expansion and bone volume. Clinical Orthopaedics and Related Research. 472 (11), 3523-3532 (2014).
  21. Bonnarens, F., Einhorn, T. A. Production of a standard closed fracture in laboratory animal bone. Journal of orthopaedic research. 2 (1), 97-101 (1984).
  22. Marturano, J. E., et al. An improved murine femur fracture device for bone healing studies. Journal of Biomechanics. 41 (6), 1222-1228 (2008).
  23. Jackson, R. W., Reed, C. A., Israel, J. A., Abou-Keer, F. K., Garside, H. Production of a standard experimental fracture. Canadian Journal of Surgery. Journal Canadien De Chirurgie. 13 (4), 415-420 (1970).
  24. Byrne, M., Cleveland, B., Marturano, J., Wixted, J., Billiar, K. Design of a reproducible murine femoral fracture device. Conference: Bioengineering Conference, 2007. NEBC '07. IEEE 33rd Annual Northeast. , (2007).
  25. Carter, D. R., Hayes, W. C. Compact bone fatigue damage-I. Residual strength and stiffness. Journal of Biomechanics. 10 (5), 325-337 (1977).
  26. McGee, A., Qureshi, A., Porter, K. Review of the biomechanics and patterns of limb fractures. Trauma. 6 (1), 29-40 (2004).

Tags

Geneeskunde kwestie 138 breuk bot model dijbeen scheenbeen gestabiliseerd lymfkliertest muizen knaagdieren protocol optimalisatie guillotine
Fractuur apparatuur ontwerp en protocolverbetering voor gesloten-gestabiliseerde fracturen bij knaagdieren
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Zondervan, R. L., Vorce, M.,… More

Zondervan, R. L., Vorce, M., Servadio, N., Hankenson, K. D. Fracture Apparatus Design and Protocol Optimization for Closed-stabilized Fractures in Rodents. J. Vis. Exp. (138), e58186, doi:10.3791/58186 (2018).

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