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Medicine

Fratura aparelhos Design e otimização de protocolo para fraturas fechadas-estabilizado em roedores

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

O objetivo do protocolo é otimizar os parâmetros de geração de fratura para produzir fraturas consistentes. Este protocolo é responsável para as variações no tamanho do osso e morfologia que possam existir entre os animais. Além disso, um aparelho de fratura cost-effective, ajustável é descrito.

Abstract

A geração confiável de fraturas estabilizadas consistentes em modelos animais é essencial para compreender a biologia de regeneração óssea e desenvolvimento de terapêuticas e dispositivos. No entanto, modelos de lesão disponíveis são atormentados por inconsistência, resultando em desperdício de animais e recursos e dados imperfeitos. Para resolver este problema da heterogeneidade de fratura, o objetivo do método aqui descrito é otimizar a geração de fratura parâmetros específicos para cada animal e produzir uma fratura consistente localização e padrão. Este protocolo é responsável por variações no tamanho do osso e morfologia que possam existir entre estirpes de rato e pode ser adaptado para gerar fraturas consistentes em outras espécies, como o rato. Além disso, um aparelho de fratura cost-effective, ajustável é descrito. Em comparação com as técnicas atuais de fratura estabilizada, o protocolo de otimização e novos aparelhos de fratura demonstram maior consistência nos padrões de fratura estabilizada e locais. Usando otimizado parâmetros específicos para o tipo de amostra, o protocolo descrito aumenta a precisão dos traumas induzidos, minimizando a heterogeneidade de fratura normalmente observada nos processos de geração de fratura fechada.

Introduction

Pesquisa sobre a consolidação da fratura é necessária para resolver um grande problema clínico e económico. Cada ano mais 12 milhões de fraturas são tratadas no Estados Unidos1, custando US $ 80 bilhões por ano2. A probabilidade de um macho ou fêmea a sofrer uma fratura ao longo da vida é de 25% e 44%, respectivamente3. Problemas associados com a consolidação da fratura são esperados para aumentar com comorbidades mais que a população envelhece. Para estudar e resolver este problema, modelos sólidos de geração da fratura e estabilização são necessários. Modelos de roedores são ideais para essa finalidade. Eles fornecem a relevância clínica e podem ser modificados para as condições específicas do endereço(ou seja, múltiplas lesões, fracturas abertas, fechadas, isquêmicas e infectadas). Além de replicar cenários clínicos, modelos animais de fratura são importantes para a compreensão da biologia óssea e em desenvolvimento de terapêuticas e dispositivos. No entanto, as tentativas para estudar as diferenças entre as intervenções podem ser complicadas pela variabilidade introduzida pela geração de fratura inconsistente. Assim, gerar fraturas reproduzíveis e consistentemente fechadas em modelos animais é essencial para o campo de pesquisa músculo-esquelética.

Apesar de controlar corretamente para potenciais heterogeneidade do assunto, garantindo o fundo genético apropriado, sexo, idade e condições ambientais, a produção de lesões ósseas consistentes clinicamente relevante é uma variável significativa que afectam reprodutibilidade que deve ser controlada. Comparações estatísticas usando inconsistentes fraturas são atormentadas com ruído experimental e uma alta variabilidade4; Além disso, a variabilidade de fratura pode resultar em morte desnecessária de animais devido à necessidade de aumentar o tamanho da amostra ou a necessidade de eutanásia em animais com fraturas cominutivas ou malpositioned. O objetivo do método aqui descrito é otimizar os parâmetros de geração de fratura que são específicos para o tipo de amostra e produzir uma fratura consistente localização e padrão.

Modelos atuais de geração de fratura caem em duas categorias amplas, cada um com suas próprias forças e fraquezas. Modelos de aberto-fratura (osteotomia) se submeter à cirurgia para expor o osso, após o qual uma fratura é induzida pela corte do osso ou enfraquecimento isso e depois quebrá-lo manualmente5,6,7,8. Os benefícios deste método são a visualização directa do local da fratura e um local de fratura mais consistente e padrão. No entanto, a relevância clínica e fisiológica da abordagem e mecanismo de lesão são limitadas. Além disso, o open métodos de geração de fratura requerem uma abordagem cirúrgica e encerramento com períodos prolongados, durante o qual os roedores estão expostos a um risco aumentado de contaminação.

Técnicas fechadas abordar muitas das limitações da técnica aberta. Fechado técnicas produzem fraturas usando um aplicados externamente um traumatismo que provoca lesão no osso e tecidos circundantes, mais semelhantes aos observados em lesões clínicas humanas. O método mais comum foi descrito por Bonnarens e Einhorn em 19849. Eles descreveram uma guilhotina ponderada, sendo usada para transmitir um trauma para quebrar o osso, sem causar quaisquer feridas de pele externa. Este método tem sido amplamente adotado para estudar o efeito da genética10,11, terapia farmacológica12,13,14,15, mecânica16, 17e fisiologia18,19,20 na consolidação óssea em camundongos e ratos. Enquanto o benefício de métodos fechados é fisiologicamente relevantes fraturas, rigor e reprodutibilidade experimental são limitados pela heterogeneidade de fratura. A geração de fratura inconsistente resulta em uma diferenciação entre grupos limitada, espécimes perdidos e um aumento em animais necessários para alcançar significância estatística.

Controlar a variabilidade na geração de fratura e estabilização é essencial para produzir resultados significativos. A fim de estudar adequadamente a biologia do reparo de fratura, é necessário um modelo de fratura simples, porém robusta. O modelo deve ser traduzível para roedores, tipos de osso (fêmur ou tíbias, por exemplo) e através de origens genéticas do mouse variável e induzidas mutações. Além disso, o procedimento ideal deve ser tecnicamente simples e produzir resultados consistentes. A heterogeneidade de fratura de endereço, o método descrito neste documento é a construção de um dispositivo de fratura bem controlados que pode ser usado para otimizar parâmetros e gerar fraturas consistentemente fechadas, independentemente da idade, sexo ou genótipo.

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Protocol

Este protocolo foi desenvolvido para garantir que os animais não são utilizados desnecessariamente e são poupados toda dor desnecessária e aflição; adere a todas as leis federais, estaduais, locais e institucionais e as diretrizes que regem a pesquisa animal. O protocolo foi desenvolvido sob a orientação de um laboratório universitária, programa de medicina Animal dirigido por veterinários especializado em medicina de animais de laboratório. O protocolo foi revisado e aprovado pelo cuidado institucional do Animal e Comissão de utilização (IACUC).

1. fratura torre construção

Nota: Todas as peças estão listadas na seção de materiais (Tabela de materiais). Desenhos técnicos detalhados são fornecidos para as peças usinadas e 3D-impresso em complementar figuras 1-12. Os desenhos técnicos de submontagem incluem detalhes de fixação para todas as partes montadas (complementar as figuras 1, 2, 7 e 9).

  1. Subconjunto de suporte
    Nota: Para um desenho técnico do subconjunto de suporte, consulte complementar Figura 1.
    1. Anexe o Feixe de suporte — seção de mandíbula , no ponto médio do Feixe de suporte — secção Horizontal.
    2. Anexe o Feixe de suporte — Vertical 1 a superfície superior do Feixe de suporte — seção de mandíbula, 2 no Feixe de suporte — secção Horizontal.
    3. Anexe o Feixe de suporte — Vertical 2 a superfície superior do Feixe de suporte — secção Horizontal no ponto médio (7 da extremidade).
    4. Anexe o feixe, suporte..--placa de montagem à extremidade da Viga suporte — Vertical 1 e Viga suporte — Vertical 2. O fim do suporte da placa deve ser nivelado com as costas da Viga de suporte..--Vertical 2.
  2. Subconjunto de RAM
    Nota: Para um desenho técnico do subconjunto de memória ram, consulte complementar Figura 2.
    1. Máquina do bloco de parar e o bloco guia complementar Figura 3; o Rod Ram (complementar a Figura 4); o alinhamento de parafuso (complementar a Figura 5); e a placa de montagem (complementar a Figura 6).
    2. Fixe a Placa de montagem para a Viga suporte..--placa de montagem do subconjunto de suporte.
    3. Na seguinte ordem, deslize o primeiro Rolamento Linear de manga; o Guia de bloco; a segunda Manga Linear do rolamento; e o bloco parar na Ram Rod. Anexe as guias e os blocos para a Placa de montagem.
    4. Anexe três ⅜-em porcas à porção roscada da Haste de Ram. Um deve ser nivelado com a ponta da vara para se envolver com o eletroímã. Os outros 2 será usado para ajustar a profundidade de fratura.
    5. Alinhe o grove na Rod Ram virado para a frente e insira o Parafuso de alinhamento do furo roscado do Bloco guia.
  3. Subconjunto de ímã
    Nota: Para um desenho técnico do subconjunto do ímã, consulte complementar a Figura 7.
    1. O eletroímã leva ao fio de solda (polaridade não é um fator para a operação do eletroímã). Permita comprimento suficiente alcançar o chão, onde será posicionado o dispositivo de fratura. Uso de braçadeiras ou outra forma de apego ao estresse aliviar o fio.
    2. Tira a Alimentaçãodo fim e conectá-lo com o Pé no Pedal. Finalmente, ligar o fio do Pedal do pé em uma configuração de "fora" (normalmente aberto). Teste o circuito para garantir que o eletroímã é sobre quando o Interruptor de pé não é pressionado. Isto irá realizar a ram-se antes da fratura.
    3. Imprimir o Mount Magnet (complementar figuras 8A e 8B) usando um dispositivo de fabricação aditiva, ou a parte de alumínio da máquina.
    4. Anexe o eletroímã para o Mount Magnet.
    5. Anexe 2 suportes de canto para o feixe de suporte — ímã.
    6. Na seguinte ordem, enfie a Barra magnética através do top Suporte de canto e adicionar um ¼-na porca; o Ímã de montagem; ¼-em duas porcas; e a parte inferior do Suporte de canto. Fixe o conjunto com duas porcas ¼-em cada extremidade.
  4. Conjunto completo
    Nota: Para um desenho técnico da Assembleia completa, consulte complementar Figura 9.
    1. Anexe o Subconjunto de ímã para a superfície superior da viga, suporte..--placa de montagem.
    2. Ajuste o alinhamento do Feixe de suporte — ímã para que o íman se envolve com a haste, Ram.
      Nota: Se a haste não versão quando o pedal é pressionado, reduza a área de contato entre o eletroímã e a haste, movendo o Feixe de suporte — ímã.
    3. Máquina de colchetes perna maxilar (complementar a Figura 10).
    4. Anexe os dois Colchetes perna maxilar para o Feixe de suporte — seção de mandíbula. Quando caiu, a ponta da ram deve estar a uma distância igual de cada maxilar.
    5. Coloque a Plataforma fratura (complementar figuras 11A e 11B) acima as mandíbulas.
    6. Imprimir o Gabarito de posicionamento fratura (figuras complementares 12A e 12B) e o Gabarito pino bitola (figuras complementares 13A e 13B) usando um dispositivo de fabricação aditiva, ou da máquina a peças de alumínio.
      Nota: As dimensões dos gabaritos serão calculadas nas etapas de otimização detalhadas no passo 2.
    7. Anexe o Jig posicionamento fratura da fratura de plataforma.
    8. Confirme que a profundidade do impacto pode ser ajustada usando as porcas de dois parar na Ram Rod.
    9. Confirme que a velocidade do impacto pode ser ajustada movendo o Ímã monte acima e para baixo.
    10. Confirme que a largura da fratura pode ser ajustada movendo Colchetes perna maxilar mais perto ou mais longe da Ram Rod.

2. fratura otimização

  1. Localização de fratura
    1. Obter radiografias do membro (fêmur ou tíbia) a ser fraturado em uma amostra representativa de 5 animais sacrificados.
      Nota: A amostra deve ser correspondida para os espécimes, que serão usados no protocolo experimental baseado na idade, genótipo e sexo. Mesmo que o protocolo final chama-se para apenas um membro fraturado, ambos os membros da amostra serão usados.
    2. Posição do membro tangencial ao feixe de raios-x para adquirir vistas verdadeiro-lateral e anterior/posterior até o osso. Coloque um objeto de dimensão conhecida no plano da imagem latente para fornecer uma escala para análise.
    3. Nota: Se fêmures de imagem, certifique-se do que membro está em extensão completa, onde o fêmur está no mesmo plano axial como a tíbia.
    4. Marcar o desejado localização da fratura na radiografia do membro a ser fraturado (Figura 1A - linha tracejada). Medir a partir da articulação calcâneo-tibial ao nível da fratura (Figura 1A) marcado. Calcule o comprimento médio de fratura (FL) para todas as amostras de ensaio. Medida do notch intercondilar para fraturas de fêmur.
  2. Gabarito de posicionamento de fratura
    1. Medir a distância entre a superfície exterior do uma suporte bigorna para o centro do impacto guilhotina (CGI) (Figura 2). Subtrai o CGI do FL, descrito na etapa 2.1.4, para calcular a profundidade do gabarito de posicionamento de fratura (JD). Máquina ou impressão 3D um canal em forma de U, com uma altura e uma largura igual a bigorna e uma profundidade igual ao JD (Figura 3). Um desenho técnico de amostra e o arquivo CAD estão incluídos no complementar figuras 12A e 12B.
      Nota: Quando o membro é colocado no gabarito, o dorso do pé deve mentir contra a superfície mais afastada do impacto de guilhotina. Modifica o canal em forma de U se autorização adicional é necessária para o ramo.
    2. Coloque a amostra no aparelho de fratura de bruços para fraturas de fêmur ou na posição supina para fraturas da tíbia (Figura 4). Pressione o dorso do pé contra o fim do gabarito de posicionamento de fratura. Aperte manualmente a guilhotina até as fraturas dos membros. Obter uma radiografia do membro fraturado para confirmar a localização de tamanho e fratura do gabarito (Figura 2B).
    3. Aumentar JD se o local da fratura é também distal do osso, ou diminuir JD se o local da fratura é demasiado proximal do osso.
  3. Estabilização dos parâmetros pin
    1. Comprimento do pino: Usando as radiografias obtidas no passo 2.1, medir o comprimento de membro (LL) do planalto tibial ao nível do maléolo posterior para fraturas da tíbia, ou o entalhe intercondilar para o trocânter maior para fraturas de fêmur. Multiplique o comprimento do osso por 0,9 para calcular o comprimento do pino (PL) (Figuras 1A e 3B).
    2. Pino largura: Usando as radiografias obtidas no passo 2.1, medir o diâmetro mínimo medular (MD) no membro fraturado (Figura 1A). Selecione uma agulha com um calibre de aproximadamente equivalente a um comprimento e o diâmetro medular mais de 1,5 x PL.
      Nota: Um tamanho aproximado de pin para um rato de C57BL/6J de 14 semanas de idade é 22 G, 1½ em e 27G, 1¼ no fêmur e tíbia, respectivamente.
  4. Pino indicador de corte
    1. 2.4.1. máquina ou impressão 3D um calibre com um comprimento igual a PL menos o comprimento da agulha (CGL) (Figura 3B; Complementar figuras 13A e 13B). Uma extremidade deve ter uma saliência para descansar contra o centro da agulha e o outro deve indicar onde o pino deve ser cortado. Um desenho técnico de amostra e o arquivo CAD estão incluídos no complementar figuras 13A e 13B.
  5. Estabilização de fratura de Pino intramedular
    1. Usando os espécimes de julgamento não fraturado da etapa 2.1, remova pelos com uma tosquiadeira elétrica ou creme depilatório de tíbia mid para meados do fêmur, expondo a articulação do joelho.
    2. Fixação de Tibia: inserir a agulha percutânea lateral ao ligamento patelar. Retrair o ligamento patelar medialmente e alinhe a ponta da agulha ao eixo da tíbia. Com um movimento de alargamento, delicadamente violação da tíbia e guiar a agulha para baixo da cavidade medular.
    3. Fixação do fêmur: inserir a agulha percutânea lateral ao ligamento patelar. Retrair o ligamento patelar medialmente e alinhe a ponta da agulha para o eixo do fêmur no entalhe intercondilar. Com um movimento de alargamento, delicadamente romper a superfície articular do entalhe intercondilar e guiar a agulha para baixo da cavidade medular.
    4. Usando o calibre fabricado na etapa 2.4, resma até que a agulha exposta é igual ao comprimento de calibre. Retire a agulha para proporcionar espaço suficiente (~ 3 mm) para cortar a agulha no nível indicado pelo medidor.
      Nota: Certifique-se de extremidade proximal (plástica) da agulha durante os cortes, então, não se torne um projétil perigoso.
    5. Friso 0,3 mm da extremidade distal do pino usando um cortador de pin e em seguida, corte o pino no nível da bitola. Afunde o pino à superfície articular, utilizando uma haste com um diâmetro de 1,5 x maior que o diâmetro da agulha.
      Nota: Friso impede a rotação da agulha e migração, aumentando o contato osso-agulha.
    6. Obter radiografias para confirmar a agulha estende o comprimento do canal medular do membro e não se projeta da extremidade proximal ou distal (Figura 1C).
  6. Profundidade do impacto
    1. Usando as radiografias obtidas no passo 2.1, medir o diâmetro do córtex ao nível da fratura desejado (Figura 1A). Calcule o diâmetro médio cortical (CD) para todas as amostras de ensaio.
    2. Posicione um espécime de julgamento fixado da etapa 2.5 no dispositivo de fratura com o gabarito de posicionamento de fratura fabricado no passo 2.2. Descanse a ram de impacto no membro ferido.
      Nota: Não permita que a ram a cair; o osso deve permanecer intacto durante esta etapa de otimização.
    3. Aplica força suficiente para baixo sobre o carneiro para comprimir o tecido mole, mas não fraturar o osso. Ajuste a profundidade do impacto (ID) de 0,75 x CD (Figura 2).
      Nota: A profundidade do impacto ideal é 0.5 x CD quando fraturar um osso sem qualquer tecido mole. Usando contas de 0,75 para a compressão de tecidos moles adicional.
  7. Largura de bigorna
    1. Defina a largura de bigorna (AW) a 0,4 cm para a tíbia do rato ou do fêmur (Figura 2).
      Nota: Recomenda-se uma maior largura para amostras maiores tais como ratos.
  8. Peso de RAM
    1. Recomenda-se um peso mínimo de 250g para espécimes murino.
      Nota: Peso adicional pode ser rosqueado para a memória ram para amostras maiores (Figura 2).
  9. Velocidade de impacto
    1. Defina a altura de queda (DH) de 2 cm (Figura 2). Posicione a ram na sua posição inicial, conectando-a para o eletroímã ativado.
    2. Posicione um membro experimental no aparato de fratura. Pressione o dorso do pé contra o gabarito de posicionamento de fratura fabricado no passo 2.2. Brevemente, pressione o pedal para liberar a memória ram e em seguida, redefini-lo para sua posição inicial.
    3. Radiografia no membro julgamento impactado. Analise o membro para qualquer evidência de uma fratura (Figura 1D).
      Nota: Isto pode ser sutil ao usar velocidades baixas com uma profundidade de impacto controlado.
    4. Se nenhuma fratura é gerada, repita os passos 2.9.1 - 2.9.3 e aumentar a altura de queda de 2 cm.
    5. Se uma fratura é gerada, registre a altura de queda e multiplique por 1,1. Este é o novo DH.
    6. Usando o DH da etapa 2.9.5, fratura no membro próximo julgamento.
    7. Se nenhuma fratura é gerada, repita as etapas 2.9.1 - 2.9.6 e aumentar a altura de queda por 2 cm.
    8. Se uma fratura é geradas, repita as etapas 2.9.6 - 2.9.7 até que todas as amostras de teste são utilizados. Grave o final DH e todos os parâmetros (FL, CGI, JD, PL, MD, PS, computação gráfica, CD, ID, AWe RW) de otimização. Registar-se idade, sexo, genótipo e peso dos espécimes experimentais.

3. geração de fratura fechado-estabilizada

  1. Set-up
    1. Esterilize todos os equipamentos e instrumentos através de autoclave, imersão quente do grânulo ou seu equivalente.
    2. Coloque um elemento de aquecimento na mesa cirúrgica e configurá-lo para a temperatura ideal. Cobrir o elemento com um pano cirúrgico. Prepare-se 3 x 3 em2 de cortina cirúrgica com 0,75-em círculo cortado no meio.
    3. Confirme o ajuste da torre de fratura antes de cada ensaio (Figura 2). Definir o ID, AW, RW, e DH aos valores derivado do protocolo de otimização específico para o sexo, idade e genótipo para o espécime a ser estudado.
    4. Pesar e registrar o peso do animal.
  2. Cirurgia
    1. Sedar adequadamente o mouse usar inalantes anestésicos (isoflurano: 4-5% para a indução; 1-2% para manutenção) ou outro estabelecido protocolo de anestesia do laboratório. A taxa respiratória deve ser 55-100 respirações por minuto. O animal não deve ser sensível a uma pitada de membro posterior dedo do pé.
    2. Administrar a primeira dose de buprenorfina a analgesia pós-operatória (0,1 mg/kg por via subcutânea).
    3. Aplica lubrificação ocular para evitar a secura da córnea.
    4. Remova o cabelo do animal com uma tosquiadeira elétrica de tíbia mid para meados do fêmur, expondo a articulação do joelho. Limpe o local do excesso de pelos usando fita não-reativo. Prepare o local de fixação com um cotonete molhado umedecido com 70% EtOH. Repita conforme necessário para remover todos os pelos da área de incisão.
    5. Preparar e limpar a área de fixação com cotonetes alternativos de iodo-povidona e 70% EtOH. Use duas sequências alternativas cotonete para garantir a esterilidade.
    6. Uma cortina é então colocada em torno do local cirúrgico, depois que a pele tenha sido devidamente desinfectada.
    7. Pino do membro a ser fraturado usando o protocolo descrito na etapa 2.5. Adquira as radiografias para confirmar o pino estende o comprimento do canal medular, mas não se projeta da extremidade proximal ou distal.
    8. Ativar o eletroímã e conectar a ram de impacto para posicioná-la na posição inicial.
    9. Posicione a amostra no aparelho de fratura, colocando-o em posição para fraturas de fêmur ou em posição supina para fraturas da tíbia. O membro fixado deve ser colocado entre os batentes e o gabarito de posicionamento de fratura com o dorso do pé pressionado contra a parte externa do gabarito.
    10. Enquanto pressionando o pé com uma mão e garantindo que apenas o membro está no impacto de ram área alvo, brevemente, pressione o pedal para liberar a memória ram. Substitua a ram na posição inicial.
    11. Adquirir as radiografias e confirmar o local da fratura e tipo.
  3. Pós-operatórios
    1. Monitorar o animal a cada 15 minutos durante a sua recuperação da anestesia até o animal está consciente, pode manter a prostração esternal e é ambulatorial. Confirme que o animal é capaz de deambular durante um período de 72 h.
    2. Casa do animal individualmente até que ela se recuperou completamente.
    3. Manter analgesia durante um período de 48 h com buprenorfina (0,1 mg/kg por via subcutânea) administrada a cada 12 h.
    4. Monitorar e registrar o estado de saúde do animal diariamente por 7 a 10 d ou até eutanásia.
  4. Análise pós-fratura
    1. Medida FL, PL, CD, MD e o padrão de fratura. Registre as medições em um arquivo de dados mestre.

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Representative Results

A guilhotina usada anteriormente em nosso laboratório foi desenvolvida em 2004 e foi baseada em modelos publicados por Einhorn21. O design não permitia ajustes para explicar adequadamente quaisquer diferenças na morfologia do osso e não permitiam um posicionamento reprodutível do membro. Além disso, o aparelho anterior necessárias duas pessoas para operá-lo. Portanto, nós concebido, projetado e construído um novo aparelho de fratura. O objetivo principal do projeto foi a possibilidade ao ajuste da profundidade de fratura, força de impacto, três pontos de contato e posicionamento animal de alta-fidelidade. O design é baseado em um aparelho de fratura descrito por Marturano em 200822. Um fator limitante de sua concepção foi a ligação entre a profundidade de fratura e a velocidade de impacto. A velocidade de impacto não pode ser ajustada sem alterar a profundidade de fratura e o posicionamento do animal. Isto tornou impossível de mudar apenas uma variável de cada vez ao otimizar os parâmetros de fratura. Além disso, não forneceu uma maneira de ajustar facilmente a localização de uma fratura no osso longo. Modificando-se como a profundidade a fratura e a velocidade da memória ram é ajustada, o projeto apresentado aqui permite um ajuste de alta resolução, independente de todas as variáveis de fratura. Além disso, o aparelho pode ser operado por um único usuário, é rentável e permite posicionamento animal ajustável para gerar fraturas de localização específica.

Realizou-se uma otimização das fraturas da tíbia em ratos masculinos de 17 semanas C57BL/6J usando cinco espécimes. O objetivo era gerar fraturas transversais simples apenas abaixo do nível da inserção da fíbula para a tíbia. O site da tíbia distal é um local comum de fratura de osso humano que resulta em não-União e, além disso, fornece uma região homogênea da tíbia e evita complicações na análise associados com dano da fíbula. Os ratos foram sacrificados e radiografados. O malvado FL da articulação calcâneo-tibial para a porção distal da inserção da fíbula para a tíbia foi 0.556 ± 0,025 cm. usando uma largura de bigorna de 0,4 cm, o CGI foi 0,2 cm, do qual foi calculado um JD de 0,356 cm. Um gabarito de posicionamento foi construído usando o software de desenho assistido por computador e impressa em uma resolução de 0,01 mm de acrilonitrila-butadieno-estireno (ABS) usando uma impressora 3D (Figura 3B). Usando uma tíbia de julgamento, o design do gabarito e a localização da fratura foi confirmada por radiografia (Figura 1B).

Para os resultados aqui apresentados, o PL foi calculado para ser 1,579 cm, com base em 90% do comprimento médio da tíbia (1.754 ± 0,031 cm). O diâmetro médio medular (MD) foi de 0,05 cm. Um tamanho de agulha de 27 x 3.175 cm foi selecionado para exceder o necessário PL e encher o canal intramedular (27 = 0,041 cm). Um indicador de corte foi construído com um comprimento de 1,596 cm para demarcar o nível do pino de corte (Figura 3B). Cada um das restantes nove tíbias então foi preso. O diâmetro médio cortical foi 0,098 cm, que foi usado para calcular um profundo impacto (ID) 0,073 cm.

A tíbia inicial foi impactada a uma altura de queda de 1 cm, o que resultou em nenhuma fratura. A altura de queda foi aumentada em 1 cm a 2 cm. A nova altura resultou em uma fratura transversa simples. Para a subsequente fratura, a altura de queda foi aumentada em 10% a 2,2 cm. Isto produziu uma simples fratura transversal sobre a primeira gota. Todos os restante tíbia fraturada a 2,2 cm. No total, 9/9 (100%) da tíbia fraturada e fixada resultou na fratura transversa simples sem pino de dobra. A porcentagem do comprimento do pino experimental para o comprimento do pino de destino e o comprimento de fratura experimental para o comprimento de fratura do alvo eram 101.1% e 97,6%, respectivamente. Os parâmetros finais são relatados na tabela 1, que também inclui dados representativos do fêmur.

Usando os parâmetros otimizados desenvolvidos acima, um julgamento foi realizado para comparar pré e pós-otimização de fraturas. Retrospectivas radiografias foram obtidas de fraturas de tíbia anterior que foram geradas em nosso laboratório usando uma guilhotina simples21 sem otimização. Resumidamente, as tíbias foram fixadas usando um fio de 0,029-cm. O fio foi inserido até resistência foi sentida, retraído 3 mm, cortar e empurrados para o lugar. Posteriormente, o rato foi colocado sob a guilhotina com o ponto de impacto aproximadamente para a inserção da fíbula para a tíbia. A guilhotina foi abandonada depois de um nível de 10 cm. Foi coletado um conjunto de dados adicional de fraturas que foram gerados usando a guilhotina ajustável e parâmetros derivados do protocolo de otimização (tabela 1). Cada grupo continha 58 fraturas em camundongos 14 semanas de idade, genótipo correspondente. As radiografias foram analisadas por período experimental de fratura (EFL): a distância entre a articulação calcâneo-tibial para a fratura, o comprimento do pino experimental (EPL), o comprimento do osso e o padrão de fratura.

Usando um dispositivo ajustável de fratura e otimizado de parâmetros (p < 0,001) melhorou significativamente a geração de fraturas transversais simples (Figura 5). O grupo de pre-otimização gerada apenas uma simples fratura transversal 46.55% (27/58), do tempo, em relação ao grupo de pós-otimização, que gerou uma fratura transversa simples 98.28% (57/58) do tempo. Apenas um espécime no grupo pós-otimização tinha uma fratura complexa devido a um malalignment no gabarito de posicionamento. Com base em métodos descritos no protocolo de otimização, o comprimento de corte do pino deve capturar 90% do comprimento total do osso. Usando os parâmetros de otimização e o indicador de corte do pino, o percentual do comprimento do pino experimental de comprimento no grupo pós-otimização de osso foi 92.43% em comparação com apenas 83.67% no grupo pre-otimização (p < 0,001). A otimização diminuiu também significativamente a variabilidade dos locais de fratura, o comprimento do pino e a porcentagem do comprimento do pino-de-osso (p < 0,001). Os resultados são relatados na tabela 2.

Figure 1
Figura 1 : A otimização e a geração de uma fratura de tíbia simples. Estes painéis mostram radiografias laterais de uma tíbia murino. (A), este painel mostra as medições pre-fraturas. A linha tracejada amarela marca o local da fratura ideal. As sobreposições de medição para o comprimento de fratura (FL), comprimento dos Membros (LL), diâmetro medular (MD) e cortical diâmetro (CD) são indicadas na radiografia. (B), este painel mostra um teste de localização da fratura. A ponta da seta sólida indica o nível da fratura em um tibia não estabilizada para testar os parâmetros de posicionamento jig. (C), este painel mostra um teste de comprimento do pino com uma radiografia pré-fratura para testar o comprimento do pino (PL) e o indicador de corte. PL deve ser 90% do LL, encha o canal intramedular e não se projetam proximal ou distalmente. (D), este painel mostra uma geração pós-otimização da fratura. O contorno da ponta da seta indica o nível da fratura simples de tíbia transversal. O pino não está dobrado ao nível do impacto. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Figure 2
Figura 2 : Projeto de dispositivo ajustável fratura. Esta figura mostra frontal, lateral e vistas da perspectiva do dispositivo da fratura. A vista frontal inclui anotações dos componentes principais do dispositivo. A vista lateral inclui detalhes ampliadas, ilustrando os ajustes para a profundidade do impacto (ID), a altura de queda (DH) e a largura de bigorna (AW). Peso adicional pode ser adicionado para a ram, rosqueando em pesos na parte superior da ram impacto indicado pela seta vermelha. A linha pontilhada detalhadamente de largura o ajuste de bigorna indica a linha de impacto. O centro de impacto de guilhotina para a superfície exterior de uma bigorna de apoio (CGI) é usado para calcular a profundidade do gabarito de posicionamento para produzir um nível de fratura exatos e precisos. O posicionamento do gabarito é mostrado em detalhes na Figura 3. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Figure 3
Figura 3 : Posicionamento e o gabarito de corte gauge design. (A), este painel mostra detalhes do mouse gabarito de posicionamento. A profundidade de gabarito (JD) pode ser ajustada para alterar a localização da fratura no membro. Aumentar JD moverá a fratura proximal e diminuir JD moverá a fratura distal. (B), este painel mostra detalhes da agulha e o indicador de corte do pino. O comprimento do pino (PL) deve ser de 90% do comprimento do membro (LL) (Figura 1A). O comprimento de corte do calibre (CGL) é derivado de subtrair a PL a partir do comprimento da agulha. Neste exemplo, foi construído um calibre de corte (CGL = 1,6 cm) para demarcar uma agulha 27-G (comprimento = 3,175 cm), deixando um PL de 1,58 cm após o corte. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Figure 4
Figura 4 : Fratura da tíbia e fêmur posicionamento. Estas são fotografias de cima para baixo do (A), uma tíbia do ratoe (B) fêmur em postular foi desmascarado. (A. 1) para fraturas da tíbia, o mouse é colocado em posição supina com a tíbia no centro da bigorna apoio e o dorso do pé pressionado contra o gabarito. (B. 1) para as fraturas do fêmur, o mouse é colocado em posição com o dorso do pé pressionado contra o gabarito. Linha amarela tracejada indica o local do impacto bigorna. (A. 2 e b. 2) As fotografias de fundo demonstram a localização de bigorna no momento do impacto. O posicionamento das mãos do pesquisador não deve interferir com a atuação de memória ram. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Figure 5
Figura 5 . Pré e pós-otimização da geração de fratura. Estes painéis mostram radiografias laterais de fraturas representativas de pre-otimização (A) e (B) grupos de pós-otimização fratura. O tamanho do grupo foi 58 ratos. Pontas de seta sólidas e contornos de ponta de seta indicam o nível da fratura nos grupos pré e pós-otimização, respectivamente. (A. 1 - a. 5) A pre-otimização de fraturas geradas demonstram um elevado grau de cominuição e variabilidade do nível de fratura. O diâmetro do pino preenche apenas parcialmente o canal intramedular com um elevado grau de variabilidade de comprimento. A inconsistência de comprimento do pino resultou em (3) não estabilizada fraturas e exposição de pin (a. 3 – a. 5). A falta de controle da profundidade de fratura resultou em dobrada (4) pinos e cominuição contribuiu para (a. 1 - a. 5). No pós-otimização de fraturas geradas (ver tabela 1 para o conjunto completo de parâmetros), o uso de um gabarito de posicionamento(Figura 3)resultou em uma baixa variabilidade dos locais de fratura (contornos de ponta de seta amarela). A otimização da largura do pino baseada nas radiografias pré-fraturas resultou em uma seleção de pin que encheu o canal intramedular. O uso de um medidor de corte do pino (Figura 3B) resultou em um comprimento do pino consistente. A otimização de queda de altura e a profundidade do impacto produzido fraturas transversais simples com pinos sem cominuição ou dobrado. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Abreviatura Tíbia Fêmur
Parâmetros de pre-fraturas
Bigorna largura (cm) AH 0,40 0,40
RAM de peso (g) RW 272.00 272.00
Medições de pre-fraturas
Comprimento dos Membros (cm), mean±SD LL 1.75±0.03 1.32±0.05
Cortical diâmetro (cm), mean±SD CD 0.10±0.00 0.15±0.01
Medular diâmetro (cm), mean±SD MD 0.05±0.00 0.09±0.01
Tamanho do pino (calibre/cm) PS 27/3.175 23/3.810
Centro de guilhotina impacto (cm) = AW / 2 CGI 0.20 0.2
Fratura comprimento (cm), mean±SD FL 0.56±0.02 0.64±0.01
Otimização
Pino de comprimento (cm) = 0,9 * LL PL 1.58 1.19
Impacto de profundidade (cm) = 0.75 * CD ID 0.07 0.11
Corte a bitola comprimento (cm) = PS - PL COMPUTAÇÃO GRÁFICA 1,60 2,62
Profundidade (cm) o gabarito = FL - CGI JD 0.36 0,44
Altura de queda (cm) DH 2.20 4.40
Pós-fraturas medições
Experimental pinos comprimento (cm), mean±SD EPL 1.60±0.06 1.19±0.04
Comprimento do pino experimental para comprimento do pino (%) 101.1% 100,0%
Experimental de fratura de comprimento (cm), mean±SD EFL 0.54±0.01 0.62±0.06
Comprimento de fratura experimental para fraturar o comprimento (%) 97,6% 97,1%
Fratura transversal simples (%) 9/9 (100%) 9/9 (100%)

Tabela 1: Parâmetros de geração fratura antes e após o desenvolvimento do novo sistema de guilhotina.

Pré-otimização Pós-otimização Teste Significado
Experimental de fratura de comprimento (cm), mean±SD 0.74±0.28 0.52±0.05 t < 0,001
F < 0,001
Experimental pinos comprimento (cm), mean±SD 1.47±0.21 1.57±0.09 t < 0,001
F < 0,001
Pino para comprimento de osso (%), mean±SD 83.67±11.97 92.43±5.29 t < 0,001
F < 0,001
Fratura transversal simples (%) 46.55 98.28 Pearson < 0,001

Tabela 2: Fratura resultados antes e após a otimização de parâmetro.

Supplementary Figure 1
Complementar Figura 1: desenho técnico de suporte submontagem. Esta figura mostra um desenho técnico para a montagem dos componentes de suporte. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Supplementary Figure 2
Complementar Figura 2: desenho técnico de submontagem Ram. Esta figura mostra um desenho técnico para a montagem da ram componentes. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Supplementary Figure 3
Complementar Figura 3: blocos de desenho técnico. Esta figura mostra um desenho técnico, que pode ser usado para fabricar a paragem e guiar os blocos para o aparelho de fratura. Usamos o alumínio. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Supplementary Figure 4
Complementar Figura 4: Rod, desenho técnico de Ram. Esta figura mostra um desenho técnico, que pode ser usado para fabricar o carneiro para o aparelho de fratura. Usamos o aço inoxidável. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Supplementary Figure 5
Complementar Figura 5: parafuso, desenho técnico alinhamento. Esta figura mostra um desenho técnico, que pode ser usado para modificar um parafuso de tampão do soquete para alinhar a ram. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Supplementary Figure 6
Complementar Figura 6: patê, desenho técnico de montagem. Esta figura mostra um desenho técnico para fabricar a placa de montagem para o aparelho de fratura. Usamos o alumínio. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Supplementary Figure 7
Complementar Figura 7: desenho técnico ímã submontagem. Esta figura mostra um desenho técnico para a montagem dos componentes do ímã. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Supplementary Figure 8
Complementar Figura 8: montagem, ímã de desenho técnico e CAD arquivo. Esta figura mostra o (A) um desenho técnico e o arquivo de CAD (B) que pode ser usado para fabricar a montagem de ímã (formato de arquivo: STL). Nós 3D-impresso a parte usando ácido polilático (PLA). Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Supplementary Figure 9
Complementar Figura 9: desenho técnico conjunto completo e arquivo CAD. Esta figura mostra (A) uma técnica de desenho da Assembleia fratura completa com seus componentes e (B) o arquivo CAD (formato do arquivo: *.iam). Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Supplementary Figure 10
Complementar Figura 10: suporte, desenho técnico de perna mandíbula. Esta figura mostra um desenho técnico, que pode ser usado para a fabricação dos suportes de perna para o aparelho de fratura. Os suportes são usinados de criação 8020 suportes de canto. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Supplementary Figure 11
Complementar Figura 11: plataforma, fratura de desenho técnico e CAD arquivo. Esta figura mostra o (A) um desenho técnico e o arquivo de CAD (B) que pode ser usado para fabricar a plataforma de fratura (formato de arquivo: STL). Nós 3D-impresso a parte usando ácido polilático (PLA). Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Supplementary Figure 12
Complementar Figura 12: Jig, desenho técnico de posicionamento fratura e arquivo CAD. Esta figura mostra o (A) um desenho técnico e o arquivo de CAD (B) que pode ser usado para fabricar o gabarito de posicionamento de membro (formato de arquivo: STL). Nós 3D-impresso a parte usando ácido polilático (PLA). Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Supplementary Figure 13
Complementar Figura 13: Jig, desenho técnico de pino calibre e arquivo CAD. Esta figura mostra o (A) um desenho técnico e o arquivo de CAD (B) que pode ser usado para fabricar um pino indicador de corte (formato de arquivo: STL). Nós 3D-impresso a parte usando ácido polilático (PLA). Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

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Discussion

Este protocolo de otimização e geração de fratura fornece a pesquisadores com um método eficiente para derivar parâmetros de fratura e realizar um procedimento minimamente invasivo, que produz fraturas transversais, precisas e reproduzíveis. Além disso, o presente protocolo estabelece um conjunto de parâmetros de geração de fratura, que promove a consistência do método entre os investigadores. Esses parâmetros permitirá a criação de um banco de dados comum da fratura para estabelecer padrões de fratura com base em uma variedade de parâmetros (por exemplo, idade, sexo, sexo e genótipo). Uma otimização de variáveis de fratura diminui significativamente heterogeneidade da amostra - reduzindo a quantidade de desperdício de tempo e recursos perdidos dados inutilizáveis.

Para gerar fraturas exatas e precisas, é fundamental para estabelecer um conjunto padronizado de parâmetros de geração de fratura que irá produzir um alto grau de especificidade e reduzir a variabilidade dos locais de fratura. Além de geração de fratura, estabilização adequada também é necessária para promover a formação de calo de fratura e para diminuir a probabilidade de não-União. Fixação intramedular é um método de fixação comum usado para estabilizar fraturas apendicular ossos longos tanto experimentalmente e clinicamente. Fixado internamente fraturas tendem a curar indiretamente - um processo que envolve a diferenciação do tecido, reabsorção óssea na superfície de fratura, e o subsequente fratura da União através de formação e remodelação de calos. Esses processos podem ser impedidos pelo movimento na junção de fratura e migração do pino dentro da cavidade medular. Este protocolo utiliza um método de fixação que reduz o grau de deslocamento no local da fratura após fixação e limita a extensão da migração do pino sem o uso de sofisticados equipamentos cirúrgicos e técnicas que podem causar danos desnecessários ao tecido do osso cortical. Gerar um conjunto de parâmetros de pin que maximizar o contato intramedular por um tipo específico de amostra fornece a estabilidade necessária para a formação de calo adequada e remodelação óssea.

Uma vez que foi colocado o Pino intramedular, o próximo passo crítico está gerando uma simples fratura transversal. Protocolos que geram fraturas através de externamente aplicado, um trauma têm potencial para produzir fraturas cominutivas e danificar a ferragem de fixação. Para atenuar estas complicações, é importante controlar a profundidade do impacto, que tem de ser igual a 0,5 x o diâmetro médio cortical de cada conjunto de amostra23. Cominuição da fratura também pode resultar de força excessiva aplicada durante os procedimentos de traumatismo externo. Se a velocidade de impacto exceder um limiar crítico, a velocidade de propagação de crack irá gerar ondas de estresse, resultando em vários sites de fratura24. É fundamental estabelecer uma altura de peso e queda de memória ram que irá gerar suficiente energia cinética para produzir uma fratura, mantendo-se também abaixo do limite de velocidade de impacto para a produção de onda de estresse, reduzindo a possibilidade de cominuição. Uma velocidade de alto impacto causará um rápido carregamento do osso, que produz a absorção excessiva de energia antes que a fratura é gerado25. A propagação de fratura, a excessiva energia absorvida durante o carregamento é liberada não-linear, que produz a cominuição. Uma baixa velocidade de impacto e carregamento mais lento da energia tem uma maior probabilidade de produzir uma fratura linear em comparação com velocidades de alto impacto e carregamento rápido26. Para minimizar a incidência de cominuição, este protocolo usa um peso de memória ram padrão de 250g para ratos - isto pode ser ajustado para acomodar uma espécie maior. Quando se trabalha com animais muito jovens ou com aqueles com uma doença óssea conhecida (por exemplo, osteopenia ou Osteosclerose), pode ser necessário diminuir o peso de memória ram. É importante usar um peso de ram consistente ao ajustar a variável de altura então única gota é sendo otimizado de cada vez. Cálculos para velocidades de impacto ideal espécie irão produzir fraturas mais consistentes de contabilidade para pequenas variações no tamanho e morfologia de tecido mole da amostra.

Os métodos descritos acima eliminam muitas deficiências de outros protocolos de geração de fratura; no entanto, alguns aspectos podem exigir formação eficiente produzir resultados desejados. Uma possível complicação do procedimento é uma colocação de pino impreciso, potencialmente causando considerável osso ou danos de tecidos moles. Isto é devido principalmente a visibilidade limitada da abordagem e a falta de suficiente destreza de mão bilateral. Uma fixação interna sem uma incisão aberta pode exigir uma quantidade justa de habilidade da pessoa executar o procedimento. Portanto, é importante que ele ou ela teve formação suficiente - em cadáveres, se necessário - para evitar danos em excesso de tecido mole que podem causar complicações durante todo o processo de cicatrização. Reconhecer as estruturas especificadas no protocolo (o ligamento patelar, platô tibial e entalhe intercondilar do fêmur) vai ajudar a produzir um consistente e precisa fixar com danos mínimos de tecidos moles. No entanto, o objetivo do estudo descrito foi não apresentar um procedimento detalhado para a colocação de pinos, mas sim para descrever métodos para gerar fraturas ideais.

O uso da bitola corte é altamente recomendado para evitar qualquer alargamento através da extremidade proximal do fêmur ou da extremidade distal da tíbia. Perfurar a extremidade proximal do fêmur poderia causar danos desnecessários para os tecidos moles ou osso do quadril, causando complicações mobilidade e lesão durante o processo de cicatrização. Da mesma forma, fresagem através da extremidade distal da tíbia irá danificar estruturas de tornozelo, alterando a mecânica da marcha, carregamento e formação de calo.

Para aumentar a precisão da localização da fratura, um gabarito de posicionamento de membro personalizado pode ser projetado para garantir o posicionamento adequado do membro dentro do dispositivo. Um posicionamento precisos e exatos impacto é essencial para gerar consistentemente fraturas no local desejado. Nosso laboratório atualmente emprega dois gabaritos: um para fraturas meados-tibial e o outro para fraturas meados-femoral, mas a versatilidade de um design modular e impressão 3D dá pesquisadores a capacidade de gerar fraturas em uma variedade de locais. A adição de um gabarito personalizado projetado para gerar fraturas em um determinado local aumenta a exatidão e a precisão da geração de fratura, limitando a probabilidade de erros do operador.

As poucas limitações desse método são semelhantes aos encontrados em outras técnicas existentes de fratura fechada. Excessiva de tecidos moles ou gordura pode impedir a geração de fraturas, como visto em ratos mais velhos ou com sobrepeso. É importante notar que isto é normalmente devido à falta de força e não uma falta de profundidade do impacto. Esta limitação pode ser superada através do aumento do peso de memória ram ou a velocidade para aumentar a energia cinética aplicada para o local da fratura. Esse método também depende de fixação interna, que pode perturbar a superfície endosteal do osso e afectar a cicatrização. Enquanto perturbação endosteal também ocorre clinicamente com intramedular, se a contribuição de endósteo para reparação de fratura está sendo estudada, fixação externa ou placas podem ser uma opção melhor. Uma limitação adicional é a amostra necessária de sacrifícios animais para estabelecer os parâmetros iniciais; no entanto, como as variáveis de fratura para mais tipos de amostra são estabelecidas e desenvolve o banco de dados, a necessidade de amostras adicionais de sacrifícios deve diminuir.

O protocolo descrito aumenta a precisão dos traumas induzidos pelo uso padronizados parâmetros específicos para o tipo de amostra, minimizando a heterogeneidade de fratura normalmente vista em procedimentos de geração de fratura fechada. Mais atuais protocolos de geração de fratura são aplicáveis a única espécie de murino e produzem fraturas moderadamente consistentes. Eles muitas vezes requerem o uso de um tipo específico de amostra para obter óptimos resultados ou não em conta variações dentro de linhagens. O protocolo aqui apresentado contas para variação na morfologia de tamanho ou osso que possam existir entre estirpes de rato e pode ser adaptado para gerar fraturas consistentes em outras espécies. Além disso, a aplicação generalizada do presente protocolo apoiará a adoção de uma linguagem padronizada de fratura entre pesquisadores. Usar protocolos semelhantes com variáveis comuns vai melhorar a consistência do método e fortalecer as comparações entre os estudos. Enquanto os parâmetros discutidos acima são específicos para murino de ossos longos, existe o potencial para o protocolo de otimização de fratura deve ser usado em modelos de fratura adicionais, aumentando ainda mais a versatilidade de um parâmetro de geração coletiva de fratura banco de dados. Empregar este protocolo de otimização de fratura vai aumentar a produção de amostras homogêneas, utilizáveis, melhorando a consistência do local da fratura e padrão. O maior rendimento percentual das amostras de irá diminuir o desperdício de recursos de laboratório, reduzir o número de animais necessários e melhorar a eficiência do estudo.

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Disclosures

Os autores não têm nada para divulgar.

Acknowledgments

A pesquisa reportada nesta publicação foi apoiada pelo Instituto Nacional de artrite e osteomuscular e doenças de pele do institutos nacionais da saúde sob concessão número F30AR071201 e 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).

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Fratura aparelhos Design e otimização de protocolo para fraturas fechadas-estabilizado em roedores
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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).

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