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Medicine

Fraktur Apparat Design und Protokoll-Optimierung für geschlossen-stabilisierten Frakturen bei Nagern

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

Das Ziel des Protokolls ist die Fraktur Generation Parameter, um konsistente Frakturen führen zu optimieren. Dieses Protokoll entfallen die Variationen in Größe und Morphologie, die zwischen den Tieren bestehen können. Darüber hinaus ist eine kostengünstige, verstellbare Fraktur Apparat beschrieben.

Abstract

Die zuverlässige Generation konsistent stabilisierte Frakturen in Tiermodellen ist unerlässlich für das Verständnis der Biologie der Knochenregeneration und Therapeutika und Geräte zu entwickeln. Allerdings sind verfügbar Verletzungen Modelle von was verlorene Tiere und Ressourcen und unvollständige Daten Inkonsistenz geplagt. Zur Behebung dieses Problems der Fraktur Heterogenität ist der Zweck der hier beschriebenen Methode zur Optimierung der Fraktur Generation Parameter spezifisch für jedes Tier und ergeben eine konsequente Bruch Lage und Muster. Dieses Protokoll entfallen auf Variationen in Größe und Morphologie, die möglicherweise zwischen Mausstämme vorhanden und lässt sich anpassen, konsequente Frakturen bei anderen Spezies, wie z. B. Ratte zu generieren. Darüber hinaus ist eine kostengünstige, verstellbare Fraktur Apparat beschrieben. Im Vergleich zu aktuellen stabilisierte Fraktur Techniken, zeigen die Optimierung Protokoll und neue Fraktur Apparat erhöhte Konsistenz in stabilisierter Fraktur Mustern und Standorte. Mit optimierte Parameter spezifisch für die Art der Probe, die beschriebene Protokoll erhöht die Präzision der induzierten Traumata, Minimierung der Fraktur Heterogenität in der Regel in geschlossen-Fraktur Generation Verfahren beobachtet.

Introduction

Forschung auf Frakturheilung ist notwendig, ein große klinische und ökonomische Problem anzugehen. Jedes Jahr werden mehr als 12 Millionen Brüche in den Vereinigten Staaten1, kostet $ 80 Milliarden pro Jahr2behandelt. Die Wahrscheinlichkeit, dass eine männliche oder weibliche Leiden eine Fraktur im Laufe ihres Lebens ist 25 % und 44 %, bzw.3. Probleme im Zusammenhang mit Frakturheilung sollen mit erhöhten Komorbiditäten Alterung der Bevölkerung zu erhöhen. Um zu studieren und dieses Problem anzugehen, sind robuste Modelle der Fraktur-Generierung und Stabilisierung erforderlich. Nager-Modelle sind ideal für diesen Zweck geeignet. Sie bieten klinischen Relevanz und Adresse bestimmten Bedingungen (d. h., mehrere Verletzungen, offene, geschlossene, ischämische und infizierten Frakturen) angepasst werden können. Neben klinischen Szenarien zu replizieren, sind tierische Fraktur Modelle wichtig für das Verständnis der Knochenbiologie und die Entwicklung von Therapeutika und Geräte. Versuche die Unterschiede zwischen Interventionen untersuchen können jedoch durch die Variabilität von inkonsistenten Fraktur Generation eingeführt erschwert werden. So ist es wichtig, Bereich der Muskel-Skelett-Forschung, reproduzierbare und konsequent geschlossene Frakturen in Tiermodellen zu erzeugen.

Trotz richtig steuernd für potenzielle Thema Heterogenität durch die Sicherstellung der entsprechenden genetischen Hintergrund, Geschlecht, Alter und Umweltbedingungen, die Produktion von klinisch relevanten konsistente Knochenverletzungen ist eine wichtige Variable beeinflussen Reproduzierbarkeit, die kontrolliert werden müssen. Statistische Vergleiche mit inkonsistenten Frakturen sind mit experimentellen Lärm und eine hohe Variabilität4geplagt; Darüber hinaus führt Bruch Variabilität zu unnötigen tierischen Tod wegen der Notwendigkeit, erhöhen Sie die Größe der Stichprobe oder die Notwendigkeit, Tiere mit zerkleinertem oder fehlgestellte Frakturen einzuschläfern. Der Zweck der hier beschriebenen Methode besteht darin, die Fraktur-Generation-Parameter optimieren, die speziell für Probentyp und ergeben eine konsequente Bruch Lage und Muster.

Aktuelle Modelle der Fraktur-Generation fallen in zwei Hauptkategorien, jede mit ihren eigenen Stärken und Schwächen. Open-Fraktur (Osteotomie) Modelle operiert um den Knochen verfügbar zu machen, nach dem eine Fraktur induziert wird, von den Knochen schneiden oder Schwächen und dann brechen es manuell5,6,7,8. Die Vorteile dieser Methode sind die direkte Visualisierung der frakturstelle konsequenter Bruch Lage und Muster. Die physiologischen und klinischen Relevanz des Ansatzes und Mechanismus der Schädigung ist jedoch begrenzt. Darüber hinaus erfordern offene Methoden der Fraktur-Generation ein chirurgisches Vorgehen und Verschluss mit einen längeren Zeitraum, während, die die Nagetiere zu einem erhöhten Risiko einer Kontamination ausgesetzt sind.

Geschlossene Techniken behandeln viele der offenen Technik Beschränkungen. Geschlossene Techniken erzeugen Frakturen mit ein extern Krafteinwirkung stumpfen Trauma die Schädigung der Knochen und das umliegende Gewebe, mehr ähnlich denen im menschlichen klinischen Verletzungen induziert. Die am häufigsten verwendete Methode wurde von Bonnarens und Einhorn in 19849beschrieben. Sie beschrieben eine gewichtete Guillotine vermitteln stumpfes Trauma um die Knochen zu brechen, ohne irgendwelche externen Hautwunden verwendet wird. Diese Methode hat verbreitet zur Untersuchung der Wirkung von Genetik10,11, pharmakologische Therapie12,13,14,15, Mechanik16, 17, und Physiologie18,19,20 auf Knochenheilung bei Mäusen und Ratten. Während der Vorteil der geschlossenen Methoden physiologisch relevanten Frakturen ist, sind experimentelle Reproduzierbarkeit und Genauigkeit durch Bruch Heterogenität begrenzt. Die inkonsistente Fraktur-Generation führt eine begrenzte Differenzierung zwischen-Gruppe, verlorene Exemplare und eine Zunahme der Tiere, um statistische Signifikanz zu erreichen.

Controlling der Variabilität in der Fraktur-Generierung und Stabilisierung ist unerlässlich um sinnvolle Ergebnisse zu erzielen. Um die Biologie der Fraktur Reparatur ordnungsgemäß zu studieren, braucht man eine einfache, aber robuste Fraktur-Modell. Das Modell sollte übersetzbar Nagetierarten, Knochen-Typen (Femur oder Tibiae, zum Beispiel), und über Variable Maus genetische Hintergründe und induzierte Mutationen. Darüber hinaus sollte das ideale Verfahren werden technisch einfache und konsistente Ergebnisse zu produzieren. Zur Adresse Fraktur Heterogenität die hier beschriebene Methode ist der Bau ein kontrolliertes Fraktur-Gerät, das dann verwendet werden kann, um Parameter zu optimieren und generieren konsequent geschlossene Frakturen unabhängig von Alter, Geschlecht oder Genotyp.

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Protocol

Dieses Protokoll wurde entwickelt, um sicherzustellen, dass Tiere nicht unnötig verwendet werden und sind alle unnötige Schmerzen und Qualen verschont; Es hält sich an alle geltenden Gesetze von Bund, Ländern, lokalen und institutionelle und Richtlinien für Tierversuche. Das Protokoll wurde unter der Leitung eines universitätsweiten Labors entwickelt spezialisierte Tier Medizin-Programm unter der Regie von Tierärzten auf tierische Labormedizin. Das Protokoll wurde überprüft und genehmigt durch die institutionelle Animal Care und Nutzung Committee (IACUC).

1. Fraktur Turmbau

Hinweis: Alle Teile werden unter "Materialien" (Table of Materials) aufgeführt. Detaillierte technische Zeichnungen werden die bearbeiteten und 3D-gedruckten Teile in ergänzenden Zahlen 1-12. Die Unterbaugruppe technische Zeichnungen enthalten Verschluss Details für alle Anbauteile (ergänzende Abbildungen 1, 2, 7 und 9).

  1. Unterbaugruppe zu unterstützen
    Hinweis: Für eine technische Zeichnung der Unterstützung Unterbaugruppe, siehe ergänzende Abbildung1.
    1. Legen Sie die Breite Unterstützung--Kiefer Abschnitt in der Mitte des Balkens Support--Horizontalschnitt.
    2. Die obere Fläche des Strahls Support--Kiefer Abschnitt2 in von der Strahl Support--Horizontalschnitt Strahl Support--vertikale 1 zuordnen.
    3. Die obere Fläche des Strahls Support--Horizontalschnitt am Mittelpunkt (7 vom Ende) der Strahl Support--vertikale 2 zuordnen.
    4. Befestigen Sie den Strahl, Support--Platte montieren am Ende Strahl Support--vertikale 1 und Strahl Support--vertikale 2. Das Ende der Platte Unterstützung sollte bündig mit der Rückseite des Strahl unterstützen--vertikale 2sein.
  2. RAM-Unterbaugruppe
    Hinweis: Für eine technische Zeichnung der Ram-Unterbaugruppe, siehe ergänzende Abbildung2.
    1. Maschine der Block zu stoppen und die Block-Guide (ergänzende Abbildung 3); die Rute Ram (ergänzende Abbildung 4); die Schraube Ausrichtung (ergänzende Abbildung 5); und die Montage der Platte (ergänzende Abbildung 6).
    2. Legen Sie die Platte Montage auf den Strahl unterstützen--Platte montieren , der Unterstützung Unterbaugruppe.
    3. Schieben Sie in der folgenden Reihenfolge die erste Lineare Ärmel tragen; der Block Guide; die zweite Lineare Ärmel tragen; und der Block zu stoppen , auf dem Stab Ram. Legen Sie die Führer und die Blöcke auf die Platte zu montieren.
    4. Legen Sie drei ⅜-in Nüssen auf gewindeabschnitt Rod Ram. Man sollte bündig mit dem Ende des Stabes, mit den Elektromagneten zu engagieren. Die anderen 2 wird verwendet um die Fraktur Tiefe anzupassen.
    5. Richten Sie den Hain im Rod Ram nach vorne und legen die Ausrichtung Schraube in die Gewindebohrung des Block-Guide.
  3. Magnet-Unterbaugruppe
    Hinweis: Für eine technische Zeichnung der Magnet-Unterbaugruppe, siehe ergänzende Abbildung 7.
    1. Lot den Elektromagneten zu den Draht führt (Polarität ist kein Faktor für den Elektromagneten-Betrieb). Lassen Sie genügend Länge bis zum Boden reichen, wo die Fraktur-Gerät positioniert wird. Kabelbinder Verwendung oder eine andere Form der Anlage betonen entlasten den Draht.
    2. Streifen Sie die Stromversorgungdes Ende und verbinden Sie es mit dem Fußpedal. Schließlich verbinden Sie das Kabel auf das Fußpedal in einer Konfiguration "off" (normalerweise offen). Testen Sie die Schaltung um sicherzustellen, dass die Elektromagneten eingeschaltet, wenn der Fuß-Schalter nicht gedrückt wird. Dies hält den Ram, vor dem Bruch ist.
    3. Drucken der Mount Magnet (ergänzende Abbildungen 8A und 8 b) Einsatz eines Additiven Fertigung Gerät oder Maschine Teil aus Aluminium.
    4. Legen Sie den Elektromagneten auf Mount Magnet.
    5. Die Breite Unterstützung--Magnet2 Eckverbinder zuordnen.
    6. In der folgenden Reihenfolge thread der Stabmagnet durch die obere Eckwinkel und fügen eine ¼-in Nuss; der Mount Magnet; zwei ¼-Nüsse; und unten Eckwinkel. Sichern Sie die Assembly mit zwei ¼-Muttern an beiden Enden.
  4. Komplette Montage
    Hinweis: Für eine technische Zeichnung die Komplettmontage, siehe ergänzende Abbildung 9.
    1. Die obere Fläche der Strahl, Support--Platte montierender Magnet Unterbaugruppe zuordnen.
    2. Stellen Sie die Ausrichtung des Strahls Support--Magnet , so engagiert sich der Magnet mit dem Stab, Ram.
      Hinweis: Wenn der Stab nicht freigegeben werden, wenn das Fußpedal betätigt wird, reduzieren Sie die Kontaktfläche zwischen den Elektromagneten und den Stab durch Verschieben der Strahl Support--Magnet.
    3. Maschine, die Klammern Bein Kiefer (ergänzende Abbildung 10).
    4. Die Breite Unterstützung--Kiefer Abschnittzwei Klammern Bein Kiefer zuordnen. Wenn gelöscht, sollte die Spitze des Ram in gleicher Entfernung von jedem Kiefer.
    5. Legen Sie die Plattform-Fraktur (ergänzende Abbildungen 11A und 11 b) über die Backen.
    6. Drucken der Jig Positionierung Fraktur (Ergänzende Figuren 12A und 12 b) und die Jig Pin Gauge (Ergänzende Figuren 13A und 13 b) Einsatz eines Additiven Fertigung Gerät oder Maschine die Teile aus Aluminium.
      Hinweis: Die Abmessungen der Vorrichtungen werden in den in Schritt 2 beschriebenen Optimierungsschritte berechnet.
    7. Legen Sie die Jig Positionierung Fraktur auf der Plattform Fraktur.
    8. Bestätigen Sie, dass die Tiefe der Auswirkungen mit den zwei-Stopp-Muttern auf dem Stab Rameingestellt werden kann.
    9. Bestätigen Sie, dass die Geschwindigkeit der Wirkung eingestellt werden kann, durch Verschieben der Mount Magnet rauf und runter.
    10. Bestätigen Sie, dass die Breite der Fraktur durch Verschieben der Klammern Bein Kiefer näher oder weiter Weg von der Rute Rameingestellt werden kann.

2. Fraktur Optimierung

  1. Fraktur-Lage
    1. Erhalten Sie Röntgenaufnahmen des Gliedes (Femur und Tibia), in einer repräsentativen Stichprobe von 5 euthanasierten Tiere gebrochen werden.
      Hinweis: Die Probe sollte auf die Proben abgestimmt werden im experimentellen Protokoll basierend auf Alter, Genotyp und Geschlecht derer. Auch wenn nur einem gebrochenen Bein Schlussprotokolls fordert, werden beide Probe Gliedmaßen verwendet werden.
    2. Positionieren Sie das Glied tangential zu den Röntgenstrahl, True-seitliche und vordere/hintere Ansichten bis auf die Knochen zu erwerben. Platzieren Sie ein Objekt der bekannten Dimension auf der Abbildungsebene auf eine Skala zur Analyse zur Verfügung zu stellen.
    3. Hinweis: Wenn Oberschenkelknochen imaging, sicherzustellen Sie, dass das Glied in voller Streckung ist, wo das Femur in der gleichen axialen Ebene als die Tibia.
    4. Markieren Sie die gewünschte Lage des Bruchs auf der Röntgenaufnahme des Glieds zu gebrochen (Abbildung 1A - gestrichelte Linie). Messen Sie von der schließen-tibiale Gelenk auf das Niveau der markierten Fraktur (Abb. 1A). Berechnen Sie die mittlere Bruch Länge (FL) für alle Studie Proben. Messen Sie von der interkondylären Kerbe für Femur-Frakturen.
  2. Fraktur-Positionierung jig
    1. Messen Sie den Abstand von der äußeren Oberfläche der Support für one Amboss in die Mitte der Guillotine Auswirkungen (CGI) (Abbildung 2). Subtrahieren Sie die CGI aus der FL, beschrieben im Schritt 2.1.4, um die Fraktur-Positionierung Jig Tiefe (JD) berechnen. Maschine oder 3D-Print einen u-förmigen Kanal mit einer Höhe und einer Breite gleich der Amboss und eine Tiefe gleich der JD (Abbildung 3). Eine Probe technisches Zeichnen und CAD-Datei gehören Ergänzende Figuren 12A und 12 b.
      Hinweis: Wenn das Glied in der Vorrichtung befindet, sollte der Rücken des Fußes gegen die Oberfläche am weitesten von der Guillotine Auswirkungen liegen. Ändern Sie die u-förmigen Kanal, wenn zusätzliche Freigabe für das Glied erforderlich ist.
    2. Positionieren Sie die Probe in der Fraktur-Apparatur in Bauchlage für Femur-Frakturen oder in der Rückenlage für Tibia Frakturen (Abbildung 4). Drücken Sie den Handrücken des Fußes gegen Ende der Fraktur-Positionierung Jig. Manuell drücken Sie die Guillotine bis die Extremität Frakturen. Erhalten Sie eine Röntgenaufnahme des gebrochenen Glieds um den Jig Größe und Fraktur-Standort (Abbildung 2B) bestätigen.
    3. Erhöhen Sie JD zu, wenn die Fraktur zu distalen am Knochen liegt, oder verringern Sie JD zu, wenn die Fraktur zu proximal am Knochen liegt.
  3. Stabilisierung der Pin-Parameter
    1. Pin-Länge: Mit den Röntgenaufnahmen in Schritt 2.1 erhaltenen, Messen Sie die Länge der Gliedmaßen (LL) vom Tibia Plateau auf das Niveau von der hinteren Malleolus für Tibia Frakturen oder der interkondylären Kerbe auf den Trochanter Major für Femur-Frakturen. Multiplizieren Sie die Länge der Knochen von 0,9 bis die Pin-Länge (PL) (Abbildungen 1A und 3 b) berechnen.
    2. Pin-Breite: Mit den Röntgenaufnahmen in Schritt 2.1 erhalten, Messen der medulläre Mindestdurchmesser (MD) in den gebrochenen Gliedmaßen (Abb. 1A). Wählen Sie einer Nadel mit einem Messgerät ungefähr gleich der medulläre Durchmesser und einer Länge mehr als 1,5 X PL.
      Hinweis: Eine ungefähre Pin-Größe für ein 14 Wochen altes Baby C57BL/6J Maus beträgt 22 G, 1½ in und 27 G 1¼ in Femur und Tibia, beziehungsweise.
  4. PIN-schneiden-Messgerät
    1. 2.4.1. Maschine oder 3D-Print ein Messgerät mit einer Länge gleich PL abzüglich der Nadel Länge (CGL) (Abbildung 3B; Ergänzende Abbildungen 13A und 13 b). Einem Ende sollte einen Überhang gegen die Nabe der Nadel ruhen und andererseits sollten angeben, wo der Stift geschnitten werden sollte. Eine Probe technisches Zeichnen und CAD-Datei gehören ergänzende Abbildungen 13A und 13 b.
  5. Intramedullären Pin Fraktur Stabilisierung
    1. Mit der nicht gebrochen Testversionen Proben aus Schritt 2.1 Haar mit einem elektrischen Haarschneider oder Enthaarungscreme von Mitte des Schienbeins auf Mitte des Femur, Freilegung des Kniegelenks entfernen.
    2. Tibia anheften: stechen Sie die Nadel der Patella Ligamentum perkutan lateral. Einfahren Sie der Patella Ligamentum medial und richten Sie die Spitze der Nadel, um die Achse der Tibia. Mit rannehmen Bewegungen, sanft gegen Sie die tibiale Plateau und führen Sie die Nadel nach unten die Markhöhle.
    3. Femur anheften: stechen Sie die Nadel der Patella Ligamentum perkutan lateral. Einfahren Sie der Patella Ligamentum medial und richten Sie die Spitze der Nadel, um die Achse des Femur in der interkondylären Kerbe. Mit rannehmen Bewegungen, sanft gegen Sie die Gelenkfläche der interkondylären Kerbe und führen Sie die Nadel nach unten die Markhöhle.
    4. Verwenden das Messgerät in Schritt 2.4 hergestellt, Ries, bis die freiliegende Nadel die Spurweite Länge gleich ist. Zurückziehen der Nadel bieten genug Platz (~ 3 mm) zum Schneiden Sie der Nadelöhrs auf der Ebene, die durch das Messgerät angezeigt.
      Hinweis: Achten Sie darauf, das proximale (Kunststoffe) Ende der Nadel zu halten während des Schneidens, damit es nicht zu einem gefährlichen Geschoss.
    5. Crimp-0,3 mm des distalen Endes des Stiftes mit einer Pin-Cutter und schneiden Sie dann die Pin auf der Ebene des Messgeräts. Sinken Sie die Pin auf der Gelenkfläche mit einem Stab mit einem Durchmesser 1,5 x größer als der Durchmesser der Nadel.
      Hinweis: Crimpen Drehung der Nadel und Migration verhindert, indem man die Nadel-Knochenkontakt.
    6. Erhalten Sie Röntgenbilder zur Bestätigung die Nadel erstreckt sich die Länge des medullären Kanals der Extremität und nicht ragen aus der proximalen oder distalen Ende (Abbildung 1C).
  6. Tiefe Auswirkung
    1. Messen Sie mit Hilfe der Röntgenbilder in Schritt 2.1 erhalten, den Durchmesser des Kortex auf der Ebene der gewünschten Fraktur (Abb. 1A). Berechnen Sie die mittleren kortikalen Durchmesser (CD) für alle Studie Proben.
    2. Positionieren Sie eine angeheftete Testversion Probe aus Schritt 2.5 in der Fraktur-Gerät mit der Fraktur-Positionierung Jig in Schritt 2.2 hergestellt. Ruhen Sie die Auswirkungen-Ram auf der unverletzten Extremität.
      Hinweis: Lassen Sie nicht den Ram zu fallen; der Knochen sollte während dieser Optimierungsschritt intakt bleiben.
    3. Wenden Sie genug nach unten gerichtete Kraft auf den Ram zu weiches Gewebe zu komprimieren, aber nicht die Knochen brechen. Stellen Sie die Auswirkung Tiefe (ID) auf 0,75 X CD (Abbildung 2).
      Hinweis: Die ideale Wirkung Tiefe beträgt 0,5 X CD beim Bruch eines Knochens ohne irgendwelche Weichteile. Verwendung von 0,75 Konten für die zusätzliche Kompression der Weichgewebe.
  7. Amboss-Breite
    1. Legen Sie die Amboss-Breite (AW) bis 0,4 cm für die Maus Tibia und Femur (Abbildung 2).
      Hinweis: Eine größere Breite empfiehlt sich für größere Exemplare wie Ratten.
  8. RAM-Gewicht
    1. Ein Mindestgewicht von 250 g empfiehlt sich für murinen Proben.
      Hinweis: Zusätzliche Gewicht kann auf den Ram für größere Exemplare (Abbildung 2) eingefädelt werden.
  9. Aufprallgeschwindigkeit
    1. Legen Sie die Fallhöhe (DH) bis 2 cm (Abbildung 2). Positionieren Sie den Ram in seiner Ausgangslage durch den Anschluss an die aktivierten Elektromagneten.
    2. Positionieren Sie eine Testversion Glied in der Fraktur-Vorrichtung. Drücken Sie den Handrücken des Fußes gegen den Bruch-Positionierung Jig in Schritt 2.2 hergestellt. Kurz drücken Sie den Fußschalter um den Ram zu lösen und dann in die Ausgangsposition zurückgesetzt.
    3. Röntgenbild der betroffenen Testversionen Extremität. Analysieren Sie das Glied für Hinweise auf eine Fraktur (Abbildung 1D).
      Hinweis: Dies kann subtil sein, bei niedrigen Geschwindigkeiten mit einer kontrollierten Auswirkung Tiefe.
    4. Wenn kein Bruch entsteht, wiederholen Sie die Schritte 2.9.1 - 2.9.3 und erhöhen Sie der Fallhöhe von 2 cm zu.
    5. Wenn eine Fraktur generiert wird, zeichnen Sie die Fallhöhe, und 1,1 multiplizieren. Dies ist die neue DH.
    6. Mit Hilfe der DH aus Schritt 2.9.5, Bruch der nächsten Studie Extremität.
    7. Wenn kein Bruch entsteht, wiederholen Sie die Schritte 2.9.1 - 2.9.6 und erhöhen Sie der Fallhöhe von 2 cm zu.
    8. Wenn eine Fraktur generierten, wiederholen Sie Schritte 2.9.6 - ist dienen 2.9.7 bis alle Proben testen. Notieren Sie die endgültige DH und alle Parameter (FL, CGI, JD, PL, MD, PS, CGL, CD, ID, AWund RW) von der Optimierung. Notieren Sie die Testversion Exemplare Alter, Geschlecht, Genotyp und Gewicht.

(3) geschlossen-stabilisierten Fraktur-Generation

  1. Set-up
    1. Alle Geräte und Instrumente über Autoklaven, heiße Perle eintauchen oder äquivalenten zu sterilisieren.
    2. Legen Sie ein Heizelement auf dem OP-Tisch und setzen Sie ihn auf die optimale Temperatur. Das Element mit einem chirurgischen Tuch abdecken. Bereiten Sie 3 x 3 in2 op-Tuch mit einem 0,75-Kreis in der Mitte ausgeschnitten.
    3. Bestätigen Sie die Einstellung des Turmes Fraktur vor jeder Prüfung (Abbildung 2). Setzen Sie die ID, AW, RWund DH auf die Werte abgeleitet aus der Optimierung protokollspezifisch, Geschlecht, Alter und Genotyp für die Probe untersucht werden.
    4. Weigh und nimmt das Gewicht des Tieres.
  2. Chirurgie
    1. Hinreichend beruhigen die Maus mit Schnüffelstoffen Anästhetika (Isofluran: 4-5 % für Induktion; 1-2 % für Wartung) oder ein etablierter Laborprotokoll Anästhesie. Die Atemfrequenz sollte 55-100 Atemzüge/min sein. Das Tier sollte nicht auf eine Hirschkuh-Limb Zehe Prise einzugehen.
    2. Verwalten die erste Dosis von postoperativen Analgesie Buprenorphin (0,1 mg/kg subkutan).
    3. Wenden Sie okuläre Schmierung um Hornhaut Austrocknen zu verhindern.
    4. Entfernen Sie das Tier Haare mit einer elektrischen Haarschneidemaschine aus Mitte des Schienbeins auf Mitte des Femur, Freilegung des Kniegelenks. Ortsbild des überschüssige Haare mit nicht-reaktiven Klebeband zu reinigen. Vorbereiten der pinning Site mit einem nassen Wattestäbchen, befeuchtet mit 70 % EtOH. Wiederholen Sie diesen Vorgang, bis alle Haare aus dem Schnitt-Bereich entfernen.
    5. Vorbereiten und Reinigen der pinning Bereich mit alternativen Abstriche von Povidon-Jod und 70 % EtOH. Verwenden Sie zwei alternative Tupfer Sequenzen, um Sterilität zu gewährleisten.
    6. Ein Tuch wird dann um die Operationsstelle platziert, nachdem die Haut entsprechend desinfiziert wurde.
    7. Heften Sie das Glied zu gebrochen werden unter Verwendung des Protokolls im Schritt 2.5 beschrieben. Röntgenbilder zur Bestätigung die Pin erstreckt sich die Länge des medullären Kanals aber nicht ragen aus der proximalen oder distalen Ende zu erwerben.
    8. Schalten Sie den Elektromagneten und verbinden Sie die Auswirkungen Ram um es in die Ausgangsposition zu platzieren.
    9. Positionieren Sie die Probe in der Fraktur-Apparatur indem man es in Bauchlage für Femur-Frakturen oder in Rückenlage für Tibia Frakturen. Die angeheftete Extremität sollte über die Ambosse und in der Fraktur-Positionierung Spannvorrichtung mit der Dorsum des Fußes gedrückt gegen die Außenseite der Jig platziert werden.
    10. Während der Fuß mit einer Hand drücken und sicherstellen, dass nur das Glied in der Wirkung ist Zielgebiet ram, kurz drücken Sie den Fußschalter um den Arbeitsspeicher freizugeben. Ersetzen Sie den Ram in die Ausgangsposition.
    11. Erwerben Sie Röntgenbilder zu und bestätigen Sie der Fraktur Lage und Art.
  3. Die Nachbehandlung
    1. Überwachen Sie das Tier alle 15 min während seiner Genesung von Anästhesie bis das Tier ist bewusst, können pflegen sternalen liegen und ambulante. Bestätigen Sie, dass das Tier über einen Zeitraum von 72-h ambulate kann.
    2. Haus das Tier einzeln, bis es vollständig erholt hat.
    3. Analgesie über einen 48-Stunden-Zeitraum mit Buprenorphin halten (0,1 mg/kg subkutan) verwaltet alle 12 h.
    4. Überwachen und Aufzeichnen des Gesundheitszustands des Tieres täglich 7-10 d oder bis Euthanasie.
  4. Post-Fraktur-Analyse
    1. FL, PL, CD, MD, und die Fraktur-Muster zu messen. Die Messungen in einer master-Daten-Datei aufnehmen.

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Representative Results

Die Guillotine, die früher in unserem Labor wurde im Jahr 2004 entwickelt und stützte sich auf Modelle von Einhorn21veröffentlicht. Das Design hat es nicht erlaubt Anpassungen der Unterschiede in der Morphologie der Knochen ausreichend berücksichtigt und erlaubte nicht, eine reproduzierbare Positionierung der Gliedmaßen. Darüber hinaus benötigt der früheren Apparat zwei Personen zu bedienen. Daher wir entworfen, entwickelt und errichtet einen neuen Bruch-Apparat. Das wichtigste Ziel war die Möglichkeit, die High-Fidelity-Anpassung der Fraktur Tiefe, Stoßkraft, drei-Punkt-Berührung und tierischen Positionierung. Das Design basiert auf einem Bruch Apparat von Marturano in 200822beschrieben. Ein limitierender Faktor ihres Designs war die Verbindung zwischen der Fraktur-Tiefe und die Aufprallgeschwindigkeit. Die Kollisionsgeschwindigkeit konnte nicht verstellt werden, ohne die Fraktur-Tiefe und die tierischen Positionierung zu ändern. Dies machte es unmöglich, nur eine ändern Variable zu einem Zeitpunkt, wenn die Fraktur-Parameter zu optimieren. Darüber hinaus hat es keine Möglichkeit, die Position einer Fraktur im eines röhrenknochens leicht anpassen bereitgestellt. Ändern, wie die Tiefe der Fraktur und die Ram-Geschwindigkeit angepasst wird, erlaubt die Gestaltung präsentiert hier eine hochauflösende, unabhängige Anpassung aller Fraktur Variablen. Darüber hinaus kann das Gerät von einem einzelnen Benutzer betrieben werden, ist kostengünstig und es ermöglicht eine einstellbare Tier Positionierung zur Erzeugung von standortspezifischen Frakturen.

Eine Optimierung der Tibia-Frakturen in 17 Wochen alten C57BL/6J männlichen Mäusen erfolgte mittels fünf Exemplare. Ziel war es, einfach quer Brüche knapp unterhalb der Ebene der Einfügung der Fibula in der Tibia zu generieren. Die distale Tibia-Website ist eine gemeinsame Website der menschlichen Knochenbruch, die außerhalb der Union führt und, darüber hinaus bietet eine homogene Region des Schienbeins und vermeidet Komplikationen bei der Analyse mit Fibula Schäden verbunden. Mäuse wurden eingeschläfert und geröntgt. Die mittlere FL aus dem Schließen-tibiale Gelenk auf den distalen Teil der Einfügung der Fibula in der Tibia war 0.556 ± 0,025 cm. mit einem Amboss 0,4 cm Breite, CGI 0,2 cm, aus denen ein JD 0,356 cm berechnet wurde. Eine positionslehre wurde gebaut, mit CAD-Software und bei einer Auflösung von 0,01 mm in Acrylnitril-Butadien-Styrol (ABS) mit einem 3D Drucker (Abbildung 3B) gedruckt. Mithilfe einer Testversion Tibia, das Jig-Design und die Lage der Fraktur wurde durch Röntgenaufnahme (Abbildung 1B) bestätigt.

Für die hier vorgestellten Ergebnisse der PL wurde berechnet 1,579 cm, basierend auf 90 % der mittlere Tibia Länge (1.754 ± 0,031 cm). Der mittlere medulläre Durchmesser (MD) war 0,05 cm. Eine nadelgröße von 27 x 3,175 cm wurde ausgewählt, übersteigen die erforderlichen PL und intramedullären Kanal (27 = 0,041 cm) füllen. Ein Schnitt-Messgerät errichtet mit einer Länge von 1,596 cm um das Niveau der Pin schneiden (Abb. 3B) abzugrenzen. Jede der verbleibenden neun Tibiae wurde dann angeheftet. Der mittlere Durchmesser der kortikale war 0,098 cm, die verwendet wurde, um eine Auswirkung Tiefe (ID) von 0,073 cm berechnen.

Die anfängliche Tibia wirkten bei einer Fallhöhe von 1 cm, kein Bruch führte. Die Fallhöhe wurde um 1 cm bis 2 cm erhöht. Die neue Höhe führte zu einer einfachen quer Fraktur. Für die anschließende Fraktur wurde um 10 % auf 2,2 cm Fallhöhe erhöht. Dies führte zu eine einfachen Quere Fraktur auf den ersten Tropfen. Alle übrigen Schienbein gebrochen bei 2,2 cm. Insgesamt führte 9/9 (100 %) des fixierten und gebrochenen Schienbeins einfache transversale Frakturen ohne Stift zu bücken. Der Anteil der experimentellen Stiftlänge Pin Ziellänge und experimentelle Fraktur, Fraktur Ziellänge waren 101,1 % und 97,6 %, beziehungsweise. Die letzten Parameter sind in Tabelle 1, berichtet auch repräsentative Femur Daten enthält.

Mit den optimierten Parametern über entwickelt, wurde eine Studie durchgeführt, um Pre- und Post-Optimierung Brüche vergleichen. Retrospektive Röntgenaufnahmen stammen aus früheren Tibia-Frakturen, die in unserem Labor mit einer einfachen Guillotine21 ohne Optimierung generiert wurden. Kurz gesagt, waren die Tibiae fixiert mit einem 0.029 cm Draht. Der Draht wurde eingefügt, bis Widerstand spürbar war, 3 mm, geschnitten und in den Ort getrieben eingefahren. Anschließend wurde die Maus unter die Guillotine mit der Treffpunktlage ungefähr um das Einfügen der Fibula in der Tibia gelegt. Die Guillotine fiel dann von einem Niveau von 10 cm. Eine zusätzliche Dataset von Frakturen gesammelt wurden, entstanden mit Hilfe der verstellbaren Guillotine und Parameter aus der Optimierung Protokoll (Tabelle 1). Jede Gruppe enthaltenen 58 Frakturen bei 14 Wochen altes Baby, Genotyp abgestimmt Mäusen. Die Röntgenbilder wurden für experimentelle Fraktur Länge (EFL) analysiert: die Entfernung der schließen-tibiale Gelenk Fraktur, die experimentelle Pin-Länge (EPL), die Länge der Knochen und die Fraktur-Muster.

Eine einstellbare Fraktur-Gerät benutzen und optimierte Parameter signifikant (p < 0,001) die Erzeugung von einfachen transversalen Frakturen (Abbildung 5). Die Pre-Optimierung-Gruppe erwirtschaftete nur eine einfache quer Fraktur 46.55 % (27/58) der Zeit, im Vergleich zu den Post-Optimierung-Gruppe, die eine einfache quer Fraktur 98.28 % (57/58) der Zeit erzeugt. Nur ein Exemplar in der Post-Optimierung-Gruppe eine komplizierte Fraktur aufgrund einer Fehlstellung in der positionslehre hatte. Basierend auf der in der Optimierung Protokoll beschriebenen Methoden, sollte die geschnittenen Pin-Länge 90 % der gesamten Knochen Länge erfassen. Mit der Optimierungsparameter und das Pin-schneiden-Messgerät, betrug der Anteil der experimentellen Pin-Länge Länge im Bereich Post-Optimierung Knochen 92.43 % im Vergleich zu nur 83.67 % in der Pre-Optimierung-Gruppe (p < 0,001). Die Optimierung auch deutlich zurückgegangen, die Variabilität der Fraktur-Standorte, die Pin-Länge und der Pin-zu-Knochen Länge Prozentsatz (p < 0,001). Die Ergebnisse werden in Tabelle 2dargestellt.

Figure 1
Abbildung 1 : Der Optimierung und Erstellung einer einfachen Tibia-Fraktur. Diese Tafeln zeigen seitliche Röntgenaufnahmen der murinen Tibia. (A) dieses Panel zeigt die Pre-Frakturen-Messungen. Die gestrichelte gelbe Linie markiert die ideale Fraktur-Position. Die Messung Overlays für die Fraktur Länge (FL), Gliedmaßen Länge (LL), medulläre Durchmesser (MD) und kortikalen Durchmesser (CD) werden im Röntgenbild angegeben. (B) dieses Panel zeigt einen Bruch-Standort-Test. Die solide Pfeilspitze zeigt den Ladezustand des Bruchs in einer nicht stabilisierten Tibia, die Positionierung Jig-Parameter zu testen. (C) dieses Panel zeigt einen Pin-Länge-Test mit einer Pre-Fraktur Röntgenbild, testen Sie die Pin-Länge (PL) und schneiden. PL sollte werden 90 % der LL, Füllung der intramedullären Kanal und ragen nicht nach proximal oder distal. (D) dieses Panel zeigt eine Post-Optimierung Fraktur-Generation. Die Pfeilspitze Gliederung zeigt den Ladezustand der einfache transversale Tibia-Fraktur. Die Pin ist nicht auf der Ebene der Auswirkungen gebogen. Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.

Figure 2
Abbildung 2 : Verstellbare Fraktur Gerätedesign. Diese Abbildung zeigt Frontal, seitlich und perspektivische Ansichten des Fraktur-Gerätes. Die frontale Ansicht enthält Anmerkungen von wichtigen Gerätekomponenten. Die Seitenansicht enthält vergrößerte Details illustriert die Anpassungen für die Auswirkung Tiefe (ID), die Fallhöhe (DH) und die Amboss-Breite (AW). Zusatzgewicht kann die Menge an RAM hinzugefügt werden, durch Einfädeln auf Gewichte an der Spitze der Auswirkungen RAM durch den roten Pfeil angezeigt. Die gepunktete Linie im Amboss Breite Einstellung Detail zeigt die Linie folgen. Das Zentrum der Guillotine Auswirkungen auf die Außenfläche einer Unterstützung Amboss (CGI) wird verwendet, um die Tiefe der positionslehre herstellen eine genaue und präzise Fraktur-Ebene zu berechnen. Die positionslehre ist im Detail in Abbildung 3dargestellt. Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.

Figure 3
Abbildung 3 : Positionierung Jig und schneiden Messen Design. (A) dieses Panel zeigt Details der Maus Positionierung Jig. Die Jig-Tiefe (JD) kann eingestellt werden, um die Fraktur-Position auf die Extremität ändern. Erhöhung der JD bewegt sich die Fraktur proximal und abnehmender JD Fraktur distal bewegt. (B) dieses Panel zeigt Details der Nadel und dem Stift schneiden Messgerät. Die Pin-Länge (PL) sollte 90 % der Gliedmaßen Länge (LL) (Abb. 1A). Die Spurweite Schnittlänge (CGL) ergibt sich aus subtrahieren PL aus der Nadel Länge. In diesem Beispiel ist ein Schneiden Messgerät gebaut worden (CGL = 1,6 cm) 27 G Nadel abzugrenzen (Länge = 3,175 cm), ein PL von 1,58 cm nach dem schneiden lassen. Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.

Figure 4
Abbildung 4 : Positionierung von Tibia und Femur Fraktur. Es sind Top-Down-Fotografien von (A) eine Maus Tibiaund (B) Femur in der des Spannvorrichtung. (A. 1) für Tibia Frakturen, die Maus befindet sich in Rückenlage mit der Tibia im Zentrum der Unterstützung Ambosse und der Rücken des Fußes gegen die Schablone gedrückt. (B. 1) für Femur-Frakturen, die Maus befindet sich in Bauchlage mit der Dorsum des Fußes gegen die Schablone gedrückt. Die gestrichelte gelbe Linie gibt die Position der Amboss Auswirkungen. (A. 2 und b. 2) Die unteren Fotos zeigen die Amboss-Position zum Zeitpunkt des Aufpralls. Die Positionierung des Forschers Hände sollten die Ram-Betätigung nicht stören. Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.

Figure 5
Abbildung 5 . Pre- und Post-Optimierung der Fraktur-Generation. Diese Tafeln zeigen seitliche Röntgenaufnahmen von repräsentativen Frakturen von Pre-Optimierung (A) und (B) Post-Optimierung Fraktur-Gruppen. Die Größe der Gruppe war 58 Mäuse. Solide Pfeilspitzen und Pfeilspitze Umrisse zeigen die Fraktur in der Pre- und Post-Optimierung Gruppen, beziehungsweise. (A. 1 - a. 5) Die erzeugten Brüche Pre-Optimierung zeigen ein hohes Maß an Zerkleinerung und Fraktur-Ebene Variabilität. Der Stiftdurchmesser füllt nur teilweise der intramedullären Kanal mit einem hohen Maß an Länge Variabilität. Die Pin-Länge-Inkonsistenz führte nicht stabilisierten Frakturen (a. 3) und (a. 3 – a. 5) Pin Exposition. Ein Mangel an Fraktur Tiefenkontrolle führte in Bent (a. 4) Pins und trugen zum (a. 1 - a. 5) Zerkleinerung. In Post-Optimierung Frakturen generiert (siehe Tabelle 1 für den vollständigen Satz von Parametern), der Einsatz einer positionslehre(Abbildung 3)führte eine geringe Variabilität der Fraktur Standorte (gelbe Pfeilspitze Konturen). Die Optimierung der Pin Breite basierend auf Pre-Fraktur Röntgenaufnahmen ergab eine Pin-Auswahl, die der intramedullären Kanal gefüllt. Die Verwendung eines Pin-schneiden-Messgeräts (Abbildung 3B) führte zu einer konsistenten Stiftlänge. Die Optimierung der Fallhöhe und die Auswirkung Tiefe produziert einfache transversale Frakturen mit keine Zerkleinerung oder gebogenen Nadeln. Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.

Abkürzung Tibia Femur
Pre-Fraktur-Parameter
Amboss-Breite (cm) AWW 0,40 0,40
RAM-Gewicht (g) RW 272.00 272.00
Pre-Fraktur Messungen
Extremität Länge (cm), mean±SD LL 1.75±0.03 1.32±0.05
Kortikale Durchmesser (cm), mean±SD CD 0.10±0.00 0.15±0.01
Medulläre Durchmesser (cm), mean±SD MD 0.05±0.00 0.09±0.01
PIN-Größe (Manometer/cm) PS 27/3,175 23/3.810
Zentrum der Guillotine Auswirkungen (cm) = AW / 2 CGI 0,20 0,2
Länge (cm), Mean±SD Bruch FL 0.56±0.02 0.64±0.01
Optimierung
PIN-Länge (cm) = 0,9 * LL PL 1,58 1.19
Auswirkungen auf Tiefe (cm) = 0,75 * CD ID 0,07 0,11
Gauge-Länge (cm) schneiden = PS - PL CGL 1.60 2,62
Jig Tiefe (cm) = FL - CGI JD 0,36 0,44
Fallhöhe (cm) DH 2.20 4.40
Post-Fraktur Messungen
Experimentelle Pin-Länge (cm), mean±SD EPL 1.60±0.06 1.19±0.04
Experimentelle Stiftlänge, Pin-Länge (%) 101,1 % 100,0 %
Experimentelle Fraktur Länge (cm), mean±SD EFL 0.54±0.01 0.62±0.06
Experimentelle Fraktur Länge zum Bruch Länge (%) 97,6 % 97,1 %
Einfach quer Fraktur (%) 9/9 (100 %) 9/9 (100 %)

Tabelle 1: Parameter der Fraktur-Generation vor und nach der Entwicklung des neuen Systems der Guillotine.

Pre-Optimierung Post-Optimierung Test Bedeutung
Experimentelle Fraktur Länge (cm), mean±SD 0.74±0.28 0.52±0.05 t < 0,001
F < 0,001
Experimentelle Pin-Länge (cm), mean±SD 1.47±0.21 1.57±0.09 t < 0,001
F < 0,001
Heften Sie an Knochen Länge (%), mean±SD 83.67±11.97 92.43±5.29 t < 0,001
F < 0,001
Einfach quer Fraktur (%) 46.55 98.28 Pearson < 0,001

Tabelle 2: Fraktur Ergebnisse vor und nach der Parameteroptimierung.

Supplementary Figure 1
Ergänzende Abbildung1: Technische Zeichnung Unterstützung Unterbaugruppe. Diese Abbildung zeigt eine technische Zeichnung für die Montage von der Support-Komponenten. Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.

Supplementary Figure 2
Ergänzende Abbildung2: Technische Zeichnung Ram Unterbaugruppe. Diese Abbildung zeigt eine technische Zeichnung für die Montage des Ram Komponenten. Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.

Supplementary Figure 3
Ergänzende Abbildung 3: Technische Zeichnung blockiert. Diese Abbildung zeigt eine technische Zeichnung, die zur Herstellung der Haltestelle und führen Blöcke für die Fraktur-Vorrichtung verwendet werden kann. Wir verwendeten Aluminium. Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.

Supplementary Figure 4
Ergänzende Abbildung 4: Rod, Technische Zeichnung Ram. Diese Abbildung zeigt eine technische Zeichnung, die verwendet werden, um die Ram für die Fraktur Apparat herzustellen. Wir verwendeten Edelstahl. Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.

Supplementary Figure 5
Ergänzende Abbildung 5: Schraube, Technische Zeichnung Ausrichtung. Diese Abbildung zeigt eine technische Zeichnung, die verwendet werden kann, zu ändern, eine Socket-Sechskantschraube um den Ram auszurichten. Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.

Supplementary Figure 6
Ergänzende Abbildung 6: Pate, Technische Zeichnung Montage. Diese Abbildung zeigt eine technische Zeichnung um die Montageplatte für die Fraktur Apparat herzustellen. Wir verwendeten Aluminium. Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.

Supplementary Figure 7
Ergänzende Abbildung 7: Technische Zeichnung Magnet Unterbaugruppe. Diese Abbildung zeigt eine technische Zeichnung für die Montage von Magnet-Komponenten. Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.

Supplementary Figure 8
Ergänzende Abbildung 8: Mount Magnet technisches Zeichnen und CAD-Datei. Diese Abbildung zeigt (A) eine technische Zeichnung und (B) CAD-Datei, die zur Herstellung der Magnet-Halterung verwendet werden kann (Datei-Format: *.stl). Wir 3D-gedruckten Teils mit Polymilchsäure (PLA). Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.

Supplementary Figure 9
Ergänzende Abbildung 9: Komplettmontage technische Zeichnungen und CAD-Datei. Diese Abbildung zeigt (A) eine technische Zeichnung der Assemblée vollständigen Bruch mit seinen Komponenten und (B) die CAD-Datei (Datei-Format: *.iam). Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.

Supplementary Figure 10
Ergänzende Abbildung 10: Klammer, Technische Zeichnung Bein Kiefer. Diese Abbildung zeigt eine technische Zeichnung, die zur Herstellung der Bein-Klammern für die Fraktur-Vorrichtung verwendet werden kann. Die Halterungen sind aus handelsübliche 8020 Eckverbinder bearbeitet. Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.

Supplementary Figure 11
Ergänzende Abbildung 11: Plattform, Bruch, technische Zeichnungen und CAD-Datei. Diese Abbildung zeigt (A) eine technische Zeichnung und (B) CAD-Datei, die zur Herstellung der Fraktur-Plattform verwendet werden kann (Datei-Format: *.stl). Wir 3D-gedruckten Teils mit Polymilchsäure (PLA). Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.

Supplementary Figure 12
Ergänzende Abbildung 12: Jig, Positionierung Fraktur technisches Zeichnen und CAD-Datei. Diese Abbildung zeigt (A) eine technische Zeichnung und (B) CAD-Datei, die zur Herstellung der Glied-Positionierung Jig verwendet werden kann (Datei-Format: *.stl). Wir 3D-gedruckten Teils mit Polymilchsäure (PLA). Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.

Supplementary Figure 13
Ergänzende Abbildung 13: Jig, Pin Gauge technisches Zeichnen und CAD-Datei. Diese Abbildung zeigt (A) eine technische Zeichnung und (B) CAD-Datei, die verwendet werden, um eine Pin-schneiden-Messgerät zu fertigen (Dateiformat: *.stl). Wir 3D-gedruckten Teils mit Polymilchsäure (PLA). Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.

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Discussion

Diese Fraktur Optimierung und Generierung Protokoll sieht Forscher mit einer effizienten Methode bei Fraktur Parameter ableiten und ausführen ein minimal-invasives Verfahren, das genaue, wiederholbare, Quere Frakturen produziert. Dieses Protokoll stellt darüber hinaus einen gemeinsamen Satz von Fraktur Generation Parametern, die Methode Konsistenz unter den Wissenschaftlern fördert. Dieser Parameter ermöglicht die Schaffung einer gemeinsamen Datenbank der Fraktur, Fraktur-Standards, basierend auf einer Vielzahl von Parametern (z.B.Alter, Geschlecht, Geschlecht und Genotyp) zu etablieren. Eine Optimierung der Fraktur Variablen verringert erheblich Probe Heterogenität - Verringerung der Menge an Zeit verschwendet, verlorene Ressourcen und unbrauchbaren Daten.

Um genaue und präzise Frakturen zu erzeugen, ist es wichtig, standardisierte Fraktur Generation Parameter festgelegt werden, die einen hohen Grad an Spezifität produzieren und reduziert die Variabilität der Fraktur Standorte. Neben Fraktur Generation ist auch ausreichende Stabilisierung erforderlich Fraktur Kallus-Bildung zu fördern und die Wahrscheinlichkeit, dass außerhalb der Union zu verringern. Intramedulläre fixieren ist eine gängige Fixierung-Methode verwendet, um appendikulären lange Knochenbrüchen experimentell und klinisch zu stabilisieren. Frakturen sind in der Regel indirekt - einen Prozess, der Gewebe Differenzierung, Knochenabbau an der Bruchfläche, zu heilen und die anschließende Bruch union über intern fixiert Kallus Bildung und Umbau. Diese Prozesse können durch Bewegung an der Kreuzung der Fraktur und Migration des Stiftes in die Markhöhle behindert werden. Dieses Protokoll nutzt eine Befestigungsmethode, das reduziert des Grades der Verschiebung an der frakturstelle nach Fixierung und begrenzt den Umfang des Pin-Migration ohne anspruchsvolle chirurgische Geräte und Techniken, die unnötige Schäden an kortikale Knochengewebe. Erzeugen eine Reihe von Pin-Parameter, die die intramedulläre Kontakt pro einen spezifischen Probentyp zu maximieren, bietet die nötige Stabilität für richtige Kallus-Bildung und Knochenaufbau.

Sobald die intramedullären Pin gelegt wurde, ist der nächste entscheidende Schritt eine einfache Quere Fraktur generieren. Protokolle, die Frakturen über außen angewendet, Blunt Force Trauma zu erzeugen haben das Potenzial, zerkleinertem Frakturen zu produzieren und Fixierung Hardware beschädigen. Um diese Komplikationen zu verringern, ist es wichtig, die Tiefe Auswirkungen zu kontrollieren, die gleich 0,5 x kortikalen Durchmesser von jeder Probe Set23sein muss. Fraktur Zerkleinerung kann auch durch übermäßige Krafteinwirkung bei externen Blunt Force Trauma entstehen. Wenn die Aufprallgeschwindigkeit eine kritische Schwelle überschreitet, wird die Geschwindigkeit der Rissausbreitung Stress Wellen wiederum mehrere Fraktur Seiten24generieren. Es ist wichtig, eine Ram-Gewicht- and -Drop-Höhe zu etablieren, die genug kinetische Energie zur Herstellung einer Fraktur, gleichzeitig auch die Auswirkung Geschwindigkeit Schwelle für Stress Welle Produktion, wodurch die Möglichkeit der Zerkleinerung generieren wird. Eine hohe Aufprallgeschwindigkeit bewirkt eine schnelle Beladung des Knochens, die übermäßige Energieaufnahme produziert, bevor die Fraktur generierten25ist. Bei Fraktur Ausbreitung ist die übermäßige Energieaufnahme während des Ladens nicht-linear, freigegeben die Zerkleinerung produziert. Eine niedrigere Geschwindigkeit und langsamer Laden der Energie hat eine höhere Wahrscheinlichkeit eine linearen Fraktur im Vergleich zu hohen Aufprallgeschwindigkeiten und schnelles Laden26zu produzieren. Die Inzidenz der Zerkleinerung, minimieren dieses Protokoll verwendet eine standard-Ram-Gewicht von 250 g für Mäuse - Dies kann angepasst werden, um eine größere Arten unterzubringen. Bei der Arbeit mit sehr jungen Tieren oder Menschen mit einer bekannten Knochenerkrankung (z.B., Osteopenie oder Osteosclerosis), es möglicherweise nötig um das Ram-Gewicht zu verringern. Es ist wichtig, eine konsequente Ram Gewicht zu verwenden, wenn die Tropfen Höhe also nur eine Variable Anpassung zu einem Zeitpunkt optimiert wird. Berechnungen für die artspezifische ideale Aufprallgeschwindigkeiten werden konsequentere Frakturen durch Bilanzierung leichte Abweichungen in Größe und Weichgewebe Morphologie der Probe produzieren.

Die oben beschriebenen Methoden beseitigen viele Mängel der anderen Fraktur-Generation-Protokolle; jedoch erfordern einige Aspekte Ausbildung zum gewünschten Ergebnisse effizient zu produzieren. Eine mögliche Komplikation des Verfahrens ist eine ungenaue Pinplatzierung, erhebliche Knochen oder Weichgewebe Schäden verursachen. Dies ist vor allem auf die begrenzte Sicht des Ansatzes und einen Mangel an ausreichenden bilateralen Hand Geschicklichkeit. Eine interne Fixierung ohne einen offenen Schnitt kann einiges an Geschicklichkeit von der Person, die Durchführung des Verfahrens erforderlich. Daher ist es wichtig, dass er oder sie hat ausreichendes Training - Kadaver, falls erforderlich - um überschüssige Weichgewebe Schäden zu vermeiden, die Komplikationen während des heilenden Prozesses verursachen könnte. Erkennen der Strukturen im Protokoll (Ligamentum Patella, Tibia Plateau und interkondylären Kerbe des Oberschenkelknochens) angegeben wird dazu beitragen, eine konsistente, präzise fixieren mit minimalem Weichgewebe Schaden zu produzieren. Das Ziel der beschriebenen Studie war jedoch nicht, ein detailliertes Verfahren für Pinplatzierung präsentieren, sondern vielmehr um Methoden zur Erzeugung von idealen Frakturen zu beschreiben.

Die Verwendung des Messgeräts Schneiden wird dringend empfohlen, um zu vermeiden, reiben durch das proximale Ende des Femur oder distalen Ende des Schienbeins. Bohren durch das proximale Ende des Oberschenkelknochens verursachen unnötige Beschädigung der Weichteile oder Knochen in der Hüfte, was Mobilität und Verletzung Komplikationen während des Heilungsprozesses. In ähnlicher Weise schädigt das Reiben durch das distale Ende des Schienbeins Knöchel Strukturen, Veränderung der Gangart Mechanik, Beladung und Kallus-Bildung.

Zur Erhöhung der Genauigkeit des Standortes Fraktur, kann eine benutzerdefinierten Limb-Positionierung Jig gestaltet werden, um die korrekte Platzierung des Gliedes innerhalb des Gerätes zu gewährleisten. Eine präzise und genaue Auswirkungen Platzierung unbedingt konsequent Frakturen an der gewünschten Stelle zu generieren. Unser Labor beschäftigt derzeit zwei Vorrichtungen: eine für Mitte-tibiale Frakturen und andere Mitte-femoralen Frakturen, sondern die Vielseitigkeit einer Modulbauweise und 3D-Druck gibt Forschern die Möglichkeit zu Frakturen bei einer Vielzahl von Standorten zu generieren. Die Zugabe von einer benutzerdefinierten Jig Frakturen an einem bestimmten Ort generieren soll erhöht die Genauigkeit und Präzision der Fraktur-Generation durch eine Begrenzung der Wahrscheinlichkeit einer Fehlbedienung.

Die wenigen Einschränkungen dieser Methode sind ähnlich denen in andere bestehende geschlossene Fraktur Techniken begegnet. Übermäßige Weichgewebe oder Fett kann die Generierung von Frakturen, behindern, wie bei älteren oder übergewichtigen Mäusen zu sehen. Es ist wichtig zu beachten, dass dies normalerweise durch einen Mangel an Kraft und nicht auf einen Mangel an Tiefe Auswirkungen. Diese Einschränkung kann überwunden werden, indem man entweder das Ram-Gewicht oder die Geschwindigkeit zu erhöhen die kinetische Energie auf die Bruchstelle angewendet. Diese Methode stützt sich auch auf interne Fixation, die stören die endosteal Oberfläche des Knochens und die Heilung beeinträchtigen kann. Während endosteal Störung auch klinisch mit intramedulläre Nagelung, tritt auf, wenn der Beitrag der endost Reparatur Bruch untersucht wird, können externe Fixation oder Platten eine bessere Option sein. Eine weitere Einschränkung ist die erforderliche Probe der Opfertiere, die ursprünglichen Parameter zu etablieren; jedoch sollte wie die Fraktur-Variablen für weitere Probenarten etabliert sind und die Datenbank entwickelt, die Notwendigkeit für zusätzliche Opfer Proben verringern.

Das beschriebene Protokoll erhöht die Präzision der induzierten Traumata durch den Einsatz von standardisierten Parameter spezifisch für Probentyp, Minimierung der Fraktur Heterogenität in der Regel in geschlossenen Fraktur Generation Verfahren gesehen. Aktuellste Fraktur Generation Protokolle gelten für nur murinen Arten und mäßig konsistente Frakturen zu produzieren. Oft erfordern den Einsatz von spezifischen Probentyp, optimale Ergebnisse zu erzielen oder berücksichtigen nicht für Schwankungen innerhalb der Stämme. Das Protokoll hier vorgestellten Konten für Variation in der Größe oder Knochen Morphologie, die möglicherweise zwischen Mausstämme vorhanden und lässt sich anpassen, konsequente Frakturen bei anderen Spezies zu generieren. Darüber hinaus wird die breite Anwendung dieses Protokolls die Einführung einer standardisierten Fraktur Sprache zwischen Forschern unterstützen. Gemeinsame Variablen ähnliche Protokolle mit Methode Konsistenz verbessern und Vergleiche zwischen den Studien zu stärken. Während die oben genannten Parameter murinen Röhrenknochen spezifisch sind, gibt es das Potenzial für die Fraktur Optimierung Protokoll in zusätzliche Fraktur Modelle, erhöhen die Vielseitigkeit eines kollektiven Fraktur Generation Parameters verwendet werden Datenbank. Beschäftigt diese Fraktur-Optimierung-Protokoll erhöht die Produktion von homogenen, verwendbaren Proben durch Verbesserung der Kohärenz der Fraktur und Muster. Prozent Mehrertrag der Proben senkt die Verschwendung von Ressourcen Labor, reduzieren Sie die Anzahl der Tiere benötigt und Studie Effizienz verbessern.

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Disclosures

Die Autoren haben nichts preisgeben.

Acknowledgments

Die Forschung in dieser Publikation berichtet wurde vom National Institute of Arthritis und Muskel-Skelett unterstützt und Hauterkrankungen von den National Institutes of Health unter Award Nummer F30AR071201 und 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

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Fraktur Apparat Design und Protokoll-Optimierung für geschlossen-stabilisierten Frakturen bei Nagern
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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).

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