Waiting
Login processing...

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

Medicine

Frakturstedet apparater Design og protokollen optimalisering for lukket-stabilisert brudd i gnagere

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

Målet med protokollen er å optimalisere parameterne brudd generasjon å gi konsekvent frakturer. Denne protokollen står for variasjoner i bein størrelse og morfologi som finnes mellom dyr. I tillegg er en kostnadseffektiv, justerbar brudd apparater beskrevet.

Abstract

Pålitelig generering av konsekvent stabilisert frakturer i dyremodeller er viktig for å forstå biologi bein regenerasjon og utvikle legemiddelselskap og enheter. Imidlertid er tilgjengelige skade modeller plaget av inkonsekvens bortkastet dyr og ressurser og imperfektum data. For å løse dette problemet med brudd heterogenitet, er formålet med metoden beskrevet her å optimalisere brudd generasjon parametere gjelder for hvert dyr og gir en konsekvent brudd plassering og mønster. Denne protokollen står for bein størrelse og morfologi som finnes mellom musen stammer og kan tilpasses til å generere konsistent frakturer i andre arter, som rotte. I tillegg er en kostnadseffektiv, justerbar brudd apparater beskrevet. Sammenlignet med dagens stabilisert brudd teknikker, viser optimalisering protokollen og nye brudd apparatet økt konsistens i stabilisert brudd mønstre og steder. Bruke optimalisert parametere gjelder for eksempel type, beskrevet protokollen øker presisjonen for indusert traumer, minimere den frakturstedet heterogenitet vanligvis observert i lukket brudd generasjon prosedyrer.

Introduction

Forskning på brudd healing er nødvendig å ta en stor klinisk og økonomisk problem. Hvert år over 12 millioner sprekker behandles i USA1, koster $80 milliarder pr år2. Sannsynligheten for en mannlig eller kvinnelig lidelse brudd i livet er 25% og 44%, henholdsvis3. Problemer i forbindelse med brudd healing forventes å øke med økt samtidige som befolkningen aldre. Å studere og løse dette problemet, kreves det robust modeller av brudd generasjon og stabilisering. Gnager modeller er ideell for dette formålet. De gir kliniske relevans og kan endres til adressen bestemte betingelser (dvs.flere skader, åpne, lukket, iskemiske og infiserte brudd). Replikere klinisk scenarier, er dyr brudd modeller viktig for å forstå bein biologi og utvikle legemiddelselskap og enheter. Men kan forsøk på å studere forskjellene mellom intervensjoner kompliseres av variasjon introdusert av inkonsekvent brudd generasjon. Dermed er generere reproduserbare og konsekvent lukket brudd i dyremodeller avgjørende for feltet muskel forskning.

Til tross for riktig kontrollere for potensielle emnet heterogenitet ved å sikre riktig genetisk bakgrunn, kjønn, alder og miljøforhold, produksjon av klinisk relevante konsekvent Ben skader er en viktig variabel påvirker reproduserbarhet som må kontrolleres. Statistiske sammenligninger med inkonsekvente frakturer er plaget med eksperimentelle støy og høye variasjon4; i tillegg kan brudd variasjon føre unødvendig dyr død behovet for å øke utvalgsstørrelsen eller nødvendigheten av å avlive dyrene med comminuted eller malpositioned sprekker. Formålet med metoden beskrevet her er å optimalisere brudd generasjon parametrene som er spesifikke for eksempel type og gir en konsekvent brudd plassering og mønster.

Aktuelle modeller for brudd generasjon faller inn i to hovedkategorier, hver med sine egne styrker og svakheter. Åpne-brudd (osteotomi) modeller gjennomgår kirurgi for å avsløre bein, hvoretter brudd er indusert av kutte beinet eller svekket det og deretter manuelt bryte den5,6,7,8. Fordelene med denne metoden er den direkte visualiseringen av bruddet sted og en mer konsekvent brudd plassering og mønster. Men er tilnærmingen fysiologiske og klinisk relevans og mekanisme for skade begrenset. I tillegg krever åpne metoder for brudd generasjon kirurgisk tilnærming og avslutning med lengre perioder der gnagere er utsatt for en økt risiko for smitte.

Lukkede teknikker tar mange åpne teknikkens begrensninger. Lukkede teknikker produsere frakturer bruker et eksternt anvendt blunt force traume som induserer skader bein og omkringliggende vev, mer like de sett i menneskets kliniske skader. Den vanligste metoden ble beskrevet av Bonnarens og Einhorn i 19849. De beskrevet en vektet giljotinen brukes til å formidle stumpe traumer å bryte bein uten å forårsake noen eksterne huden sår. Denne metoden er allment vedtatt for å studere effekten av genetikk10,11, farmakologisk behandling12,13,14,15, mekanikk16, 17, og fysiologi18,19,20 på bein i mus og rotter. Fordelen med lukket metoder er fysiologisk relevante frakturer, er eksperimentelle reproduserbarhet og stringens begrenset av brudd heterogenitet. Inkonsekvent brudd generasjon resulterer i en begrenset mellom-gruppe differensiering, tapt prøver og en økning i dyr måtte oppnå statistiske betydning.

Kontrollere variasjon i brudd generasjon og stabilisering er viktig å gi meningsfulle resultater. For å riktig studere biologi brudd reparasjon, er en enkel men robust brudd modell nødvendig. Modellen skal oversettbare til gnagerarter, bein typer (femur eller tibiae, for eksempel), og over variabel musen genetisk bakgrunn og indusert mutasjoner. Videre bør ideelt fremgangsmåten være teknisk enkelt og gi konsistente resultater. Til adressen brudd heterogenitet, metoden beskrevet heri er bygging av en godt kontrollerte sprekken enhet som kan brukes til å optimalisere parametrene og generere konsekvent lukket frakturer uansett alder, kjønn eller genotype.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

Denne protokollen ble utviklet for å sikre at dyr ikke brukes unødvendig og er spart alle unødvendige smerter og plager; det overholder alle gjeldende føderale, statlige, lokale og institusjonelle lover og retningslinjer som styrer Forsøksdyrutvalget. Protokollen ble utviklet under ledelse av et universitet hele laboratorium dyr medisin Program rettet av veterinarians spesialisert i laboratoriet dyr medisin. Protokollen ble vurdert og godkjent av institusjonelle Animal Care og bruk Committee (IACUC).

1. brudd Tower Bygg

Merk: Alle deler er oppført under materialer (Tabell for materiale). Detaljerte tekniske tegninger tilbys for bearbeidede og 3D-trykt deler i supplerende tallene 1-12. Delsamling tekniske tegninger inkluderer lås detaljer for alle monterte deler (supplerende tallene 1, 2, 7 og 9).

  1. Støtte delsamling
    Merk: Hvis en teknisk tegning av støtte undersamlingen, se utfyllende figur 1.
    1. Fest Strålen støtte - kjeve delen midt i Strålen støtte - horisontal seksjon.
    2. Fest Strålen støtte - loddrett 1 til toppen overflaten av Bjelke støtte - kjeve delen, 2 i fra Strålen støtte - horisontal seksjon.
    3. Fest Strålen støtte - loddrett 2 til toppen overflaten av Bjelke støtte - horisontal seksjon på midtpunktet (7 i fra slutten).
    4. Fest den bjelke, støtte - Plate montere til slutten av både Strålen støtte - loddrett 1 og Strålen støtte - loddrett 2. Plate-støtten skal flush med baksiden av Bjelke støtter - loddrett 2.
  2. RAM delsamling
    Merk: Hvis en teknisk tegning av ram undersamlingen, se utfyllende figur 2.
    1. Maskinen blokken stoppe og blokk Guide (supplerende figur 3); Rod Ram (supplerende figur 4); skruen justering (supplerende figur 5); og den Plate montering (supplerende figur 6).
    2. Fest Plate montering av Bjelke støtte - Plate montere støtte delsamling.
    3. I følgende rekkefølge, skyv den første Lineær ermet bærer; blokk Guide; den andre Lineær ermet bærer; og den blokken stoppe på stangen Ram. Fest guidene og blokkene til Plate montering.
    4. Fest tre ⅜ i nøtter til den gjengede delen av Rod Ram. Man bør være flush med slutten av stangen for å engasjere seg med elektromagnet. De andre 2 brukes til å justere dybden brudd.
    5. Juster grove i Rod Ram å stå frem og før Justering skrue i gjengede hullet Blokk Guide.
  3. Magnet delsamling
    Merk: Hvis en teknisk tegning av magnet undersamlingen, se utfyllende figur 7.
    1. Loddetinn elektromagnet fører til ledningen (polaritet er ikke en faktor for elektromagnet operasjonen). Tillat nok lengde til gulvet, hvor brudd enheten plasseres. Bruk zip bånd eller annen form for vedlegg til stress lindre ledningen.
    2. Stripe på Strømforsyningslutten og koble den til Fotpedal. Til slutt, koble ledningen til Fotpedal i en "off" (vanligvis åpen) konfigurasjon. Teste kretsen for å sikre elektromagnet skjer når Fotbryteren ikke. Dette vil holde ram før brudd.
    3. Skrive ut Mount Magnet (supplerende tall 8A og 8B) bruker en additiv produksjon enhet, eller maskin delen av aluminium.
    4. Fest elektromagnet Mount Magnet.
    5. Fest 2 hjørne parentes strålen støtte - Magnet.
    6. I følgende rekkefølge, tråden Rod Magnet gjennom toppen Hjørne braketten og legge til en ¼ i mutter; Mount Magnet; to ¼ i nøtter; og bunnen Hjørne braketten. Sikre samlingen med to ¼ i nøtter i hver ende.
  4. Fullstendig samlingen
    Merk: Hvis en teknisk tegning av samlingen komplett, se utfyllende figur 9.
    1. Fest Magneten delsamling til toppen overflaten av bjelke, støtte - Plate montere.
    2. Justere Strålen støtte - Magnet slik at magneten engasjerer med stang, Ram.
      Merk: Hvis stangen ikke frigjør når fotpedalen trykkes, redusere kontakt området mellom elektromagnet og stangen ved å flytte Strålen støtte - Magnet.
    3. Maskinen i parentes Ben kjeven (supplerende figur 10).
    4. Fest to Brakettene etappe kjeven Strålen støtte - kjeve delen. Da falt, skal spissen av ram med samme avstand fra hver kjeven.
    5. Plasser Plattform brudd (supplerende tall 11A og 11B) over kjever.
    6. Skrive ut Jig posisjonering brudd (supplerende tall 12A og 12B) og Jig Pin måler (supplerende tall 13A og 13B) bruker en additiv produksjon enhet, eller maskin i deler av aluminium.
      Merk: Dimensjoner Jigs beregnes i optimalisering trinnene beskrevet i trinn 2.
    7. Fest Jig posisjonering brudd plattform brudd.
    8. Bekreft at dybden av virkningen kan justeres ved hjelp av to stopp nøtter på Stangen Ram.
    9. Bekreft at hastigheten på virkningen kan justeres ved å flytte Mount Magnet opp og ned.
    10. Bekreft at bredden på brudd kan justeres ved å flytte Parentes etappe kjeven nærmere eller lenger bort fra Rod Ram.

2. brudd optimalisering

  1. Frakturstedet plassering
    1. Få røntgenbilder av lemmer (femur eller tibia) for å være oppsprukne i et representativt utvalg av 5 euthanized dyr.
      Merk: Utvalget skal sammenlignes for prøver, som vil bli brukt i eksperimentell protokollen basert på alder, genotype og sex. Selv om den endelige protokollen krever bare én brukket lem, brukes begge eksempel lemmer.
    2. Plasser lem tangentiell av x-ray strålen å erverve sann-lateral og fremre/bakre utsikt til benet. Plassere et objekt kjent dimensjon på tenkelig flyet å gi en skala for analyse.
    3. Merk: Hvis tenkelig femurs, sikre Lem er i full forlengelse, der femur er i samme aksial plan som tibia.
    4. Merk ønsket plassering av brudd på røntgenbilde av lem skal brukket (figur 1A - stiplet linje). Mål fra den calcaneal-tibial leddet til nivået av merket brudd (figur 1A). Beregne hvor betyr brudd (FL) for alle prøve prøver. Mål fra intercondylar hakk for femur brudd.
  2. Brudd-posisjonering jig
    1. Mål avstanden fra overflaten av en støtte ambolten til midten av giljotinen effekten (CGI) (figur 2). Trekk CGI fra den FL, beskrevet i trinn 2.1.4, beregne brudd-posisjonering jig dybden (JD). Maskinen eller 3D-utskrift en U-formet kanal med en høyde og en bredde lik ambolten, og en dybde til JD (Figur 3A). Et eksempel teknisk tegning og CAD-filen er inkludert i supplerende tall 12A og 12B.
      Merk: Når Lem er plassert i jig, dorsum av foten skal ligge mot overflaten lengst giljotinen virkningen. Endre U-formet kanalen hvis flere klaring kreves for lem.
    2. Plasser prøven i brudd apparatet i liggende stilling for femur brudd eller i supine posisjon for tibia sprekker (Figur 4). Trykk dorsum foten mot slutten av brudd-posisjonering dekopaj. Løftearm giljotinen til lem frakturer. Få en røntgenbilde av brukket lem å bekrefte jig størrelse og brudd plasseringen (figur 2B).
    3. Øke JD hvis brudd plasseringen er også distale på benet, eller redusere JD hvis brudd plasseringen er også proksimale på benet.
  3. Stabilisering av parameterne pin
    1. PIN-kode: Bruke røntgenbilder fikk i trinn 2.1, måle lem lengden (LL) fra tibial platået til nivået av den bakre malleolus for tibia brudd eller intercondylar hakket til de større trochanter for femur brudd. Multiplisere bein lengden av 0,9 beregne pin lengden (PL) (tall 1A og 3B).
    2. Pin bredde: Bruke røntgenbilder fikk i trinn 2.1, måle medullær minimumsdiameteren (MD) i fractured legemsdelen (figur 1A). Velg en nål med en måler omtrent tilsvarende medullær diameter og en lengde mer enn 1,5 x PL.
      Merk: En omtrentlig pin størrelse for 14-uke-gamle C57BL/6J mus er 22 G, 1½ i og 27 G, 1¼ i femur og tibia, henholdsvis.
  4. PIN kutte gauge
    1. 2.4.1. maskinen eller 3D-utskrift en målestokk med lengde lik PL minus p lengden (CGL) (Figur 3B; Supplerende tall 13A og 13B). Ene enden bør ha en overheng til å hvile mot sentrum av nålen og andre bør indikere hvor pin bør kuttes. Et eksempel teknisk tegning og CAD-filen er inkludert i supplerende tall 13A og 13B.
  5. Mulig intramedulær pin brudd stabilisering
    1. Bruker den ikke-brukket prøveversjon prøver fra trinn 2.1, fjerne hår med elektrisk avklipt eller depilatory fløte fra midten av tibia til midten av femur, utsette kneleddet.
    2. Tibia låsing: sette inn nålen percutaneously lateralt patellar ligament. Trekke patellar ligament medialt og sett tuppen av nålen på aksen av tibia. Bruker en reaming bevegelse, forsiktig brudd tibial platået og guide nålen ned medullær hulrom.
    3. Femur låsing: sette inn nålen percutaneously lateralt patellar ligament. Trekke patellar ligament medialt og sett tuppen av nålen på aksen av femur i intercondylar hakket. Bruker en reaming bevegelse, forsiktig brudd articular overflaten intercondylar hakket og guide nålen ned medullær hulrom.
    4. Bruke måleren produsert i trinn 2.4, pakke til utsatte nålen er lik måle lengden. Trekke nålen for å gi plass (~ 3 mm) å kutte nålen på nivå indikeres av måleren.
      Merk: Sørg for å holde den proksimale (plast) enden av nålen mens kutte, så det ikke blir en farlig prosjektil.
    5. Crimp 0,3 mm til distale pin bruker en pin cutter og skjær pin på nivå med måleren. Synke pin å den articular overflaten ved hjelp av en stang diameter 1,5 x større enn diameteren på nålen.
      Merk: Krymping hindrer rotasjon av p og migrasjon ved å øke p-Ben kontakten.
    6. Få røntgenbilder for å bekrefte nålen forlenger den medullær kanalen av lem og ikke stikke fra proksimale eller distale slutten (figur 1C).
  6. Virkningen dybde
    1. Bruke røntgenbilder fikk i trinn 2.1, måle diameteren på cortex på nivå med ønsket brudd (figur 1A). Beregne mener kortikale diameter (CD) for alle prøve prøver.
    2. Plasser en låst prøveversjon prøven fra trinn 2.5 brudd enheten med brudd-posisjonering dekopaj produsert i trinn 2.2. Hvile innvirkning ram på uskadet lem.
      Merk: Ikke la ram å slippe; benet skal beholdes i dette optimalisering trinnet.
    3. Bruk nok nedover kraft på ram å komprimere bløtvev, men ikke brudd benet. Justere virkningen dybden (ID) på 0,75 x CD (figur 2).
      Merk: Ideelle innvirkning dybden er 0,5 x CD når oppsprekking et bein uten noen bløtvev. Bruker 0,75 kontoer for ekstra bløtvev komprimering.
  7. Anvil bredde
    1. Angi ambolten bredden (AW) 0,4 cm for musen tibia eller femur (figur 2).
      Merk: En bredere bredde anbefales for større prøver som rotter.
  8. RAM vekt
    1. En minimal vekt på 250 g anbefales for murine prøver.
      Merk: Ekstra vekten kan være koblet til ram for større prøver (figur 2).
  9. Støthastigheten
    1. Angi slipp høyden (DH) 2 cm (figur 2). Plasser ram i startposisjon ved å koble den til aktivert elektromagnet.
    2. Plasser en prøve lem i brudd apparatet. Trykk dorsum foten mot brudd-posisjonering dekopaj produsert i trinn 2.2. Kort trykk ned fotbryteren for å frigjøre ram og deretter tilbakestille det til startposisjon.
    3. Røntgenbilde påvirket prøve lem. Analysere lem etter tegn til brudd (figur 1D).
      Merk: Dette kan være subtile ved lav fart med en kontrollert innvirkning dybde.
    4. Hvis ingen brudd genereres, Gjenta 2.9.1 - 2.9.3 og øke slipp høyden av 2 cm.
    5. Hvis en brudd genereres, registrere slipp høyden og multiplisere det med 1.1. Dette er den nye DH.
    6. Bruker DH fra trinn 2.9.5, brudd neste prøve lem.
    7. Hvis ingen brudd genereres, Gjenta 2.9.1 - 2.9.6 og øke slipp høyden av 2 cm.
    8. Hvis en brudd er generert, gjentar du trinn 2.9.6 - brukes 2.9.7 inntil alle test prøver. Registrer de endelige DH og parametere (FL, CGI, JD, PL, MD, PS, CGL, CD, ID, AWog RW) fra optimalisering. Registrere den prøve prøver alder, kjønn, genotype og vekt.

3. lukket-stabilisert brudd generasjon

  1. Oppsett
    1. Sterilisere alt utstyr og instrumenter via autoklav, varme perle nedsenking eller tilsvarende.
    2. Plasser varmekabel for tabellen kirurgiske og angi det til optimal temperatur. Dekke elementet med en kirurgisk drapere. Klargjør 3 x 3 i2 av kirurgiske drapere med en 0,75 i sirkel kuttet ut i midten.
    3. Kontroller justeringen av brudd tårnet før hvert forsøk (figur 2). Angi ID, AW, RWog DH verdier avledet fra optimalisering protokollen bestemt til kjønn, alder og genotype for å bli studert.
    4. Veie og ta vekten av dyret.
  2. Kirurgi
    1. Tilstrekkelig sedate musen bruker innånding bedøvelse (isoflurane: 4-5% for induksjon, 1-2% for vedlikehold) eller en annen etablert laboratorium anestesi protokollen. Respirasjonsfrekvens skal 55-100 åndedrag/min. Dyret må ikke være lydhør overfor baklem toe knipe.
    2. Administrere den første dosen av postoperativ analgesi buprenorfin (0,1 mg/kg subcutaneously).
    3. Bruke okulær smøring for å hindre hornhinnen tørking.
    4. Fjerne dyrets håret med en elektrisk avklipt fra midten av tibia til midten av femur, utsette kneleddet. Rengjør området av overmålet håret med ikke-reaktive tape. Forberede feste området med en våt vattpinne fuktet med 70% EtOH. Gjenta etter behov å fjerne alle hår fra området snitt.
    5. Klargjøre og rense feste området med alternative vattpinner povidon-jod og 70% EtOH. Bruk to alternative vattpinne sekvenser for å sikre sterilitet.
    6. En drapere er deretter plassert rundt i kirurgiske området når huden er desinfisert riktig.
    7. Feste lem å bli brukket ved hjelp av protokollen som beskrevet i trinn 2.5. Erverve røntgenbilder for å bekrefte pin forlenger den medullær kanalen men ikke stikke fra proksimale eller distale slutten.
    8. Slå på elektromagnet og koble innvirkning ram plasseres i utgangsposisjonen.
    9. Plasser prøven i brudd apparatet ved å plassere den i en utsatt posisjon for femur brudd eller en supine posisjon for tibia brudd. Låste lem plasseres over ambolter og jigg brudd-posisjonering med dorsum av foten presset mot utsiden av dekopaj.
    10. Mens å trykke foten med én hånd og bare Lem er i virkningen ram målområde, kort trykke ned fotbryteren for å frigjøre ram. Erstatte ram i utgangsposisjonen.
    11. Erverve radiographs og Bekreft brudd plasseringen og type.
  3. Postoperative ledelse
    1. Overvåke dyret hvert 15 min under sin utvinning fra anestesi til dyret er bevisst, kan opprettholde sternal recumbency, og er oppegående. Bekreft dyret er kjøpedyktig ambulate løpet 72-h.
    2. Huset dyret individuelt før det har helt utvinnes.
    3. Opprettholde analgesi løpet 48-h med buprenorfin (0,1 mg/kg subcutaneously) administrert hver 12 h.
    4. Overvåke og registrere helsetilstanden til dyret daglig i 7-10 d eller til euthanasia.
  4. Etter brudd analyse
    1. Måle FL, PL, CD, MD, og brudd mønsteret. Registrere målene i en kontroll.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

Giljotinen tidligere brukt i vårt laboratorium utviklet i 2004 og var basert på modeller publisert av Einhorn21. Designen gjorde ikke tillate justeringer tilstrekkelig hensyn til eventuelle forskjeller i bein morfologi og gjorde ikke tillate en reproduserbar posisjonering av lem. Videre må forrige apparatet to personer til å betjene den. Derfor vi designet, utviklet og bygget en ny brudd apparater. Viktigste var muligheten til å nøyaktig justering av den frakturstedet dybde, slagkraft, tre-punkts kontakt og dyr posisjonering. Designen er basert på en brudd apparater beskrevet av Marturano i 200822. En begrensende faktor for deres design var koblingen mellom brudd dybden og virkningen hastigheten. Virkningen hastighet kan ikke justeres uten å endre brudd dybden og dyr posisjonering. Dette gjorde det umulig å endre bare en variabel i en tid når du optimaliserer parameterne brudd. I tillegg gir det ikke en måte å enkelt justere plasseringen av brudd i lange ben. Endre hvordan dybden av brudd og ram hastigheten justeres, tillater design presenteres her en høy oppløsning, uavhengig justering av alle brudd variabler. I tillegg apparatet kan betjenes av én bruker, det er kostnadseffektivt og det lar justerbar dyr posisjonering for å generere stedsspesifikke frakturer.

En optimalisering av tibia frakturer i 17-uke-gamle C57BL/6J mannlige mus ble utført fem eksemplarer. Målet var å generere enkel tverrgående frakturer rett under nivået av innsetting av fibula tibia. Webområdet distale tibia er en vanlig sted for menneskelig beinbrudd som resulterer i ikke-unionen, og i tillegg gir en homogen region av tibia og unngår komplikasjoner i analysen tilknyttet fibula skade. Mus var euthanized og røntgenbilde. Det betyr FL fra den calcaneal-tibial leddet til for innsetting av fibula tibia var 0.556 ± 0.025 cm. bruke en ambolt bredden på 0,4 cm var CGI 0,2 cm, som en JD 0.356 cm ble beregnet. En posisjonering gigg ble bygget med dataassistert konstruksjon programvare og skrives ut med en oppløsning på 0,01 mm akrylonitril butadien styren (ABS) 3D skriveren (Figur 3B). Røntgenbilde (figur 1B) bekrefter en prøve tibia, jig design og plasseringen av brudd.

For resultatene som presenteres her, PL beregnet til 1.579 cm, basert på 90% av gjennomsnittlig tibial lengden (1.754 ± 0.031 cm). Gjennomsnittlig medullær diameter (MD) var 0,05 cm. En p 27 G x 3.175 cm ble valgt å overskride de nødvendige PL og fylle mulig intramedulær kanalen (27 G = 0.041 cm). En skjæring gauge ble bygget med en lengde på 1.596 cm til demarcate nivået av pin kutte (Figur 3B). Hver av de resterende ni tibiae ble deretter festet. Mener kortikale diameter var 0.098 cm, som ble brukt til å beregne en innvirkning dybde (ID) på 0.073 cm.

Første tibia ble påvirket i en dråpe høyde på 1 cm, som resulterte i ingen brudd. Slipp høyden ble økt med 1 cm til 2 cm. Den nye høyden resulterte i en enkel tverrgående brudd. For påfølgende brudd, ble slipp høyden økt med 10% til 2,2 cm. Dette produsert en enkel tverrgående brudd i første slipp. Alle gjenværende tibia brudd på 2,2 cm. Totalt resulterte 9/9 (100%) av låste og benbrudd tibia i enkel tverrgående frakturer uten pin bøying. Prosentandelen av eksperimentelle pin lengden til den mål pin og eksperimentelle brudd på målet brudd lengde var 101.1% og 97.6%, henholdsvis. Parameterne siste rapporteres i tabell 1, som inkluderer også representant femur data.

Med de optimaliserte parameterne utviklet over, ble en rettssak foretatt sammenligne pre og post optimalisering frakturer. Retrospektiv røntgenbilder ble innhentet fra forrige underbensbrudd som ble generert i vår lab ved hjelp av en enkel giljotinen21 uten optimalisering. Kort, tibiae var låst med en 0.029 cm wire. Ledningen ble satt til motstand følte, trukket 3 mm, kutt og drevet på plass. Deretter ble musen satt under giljotinen med treffpunktet ca ved innsetting av fibula tibia. Giljotinen var droppes fra et nivå på 10 cm. Et ekstra datasett av frakturer ble samlet inn som ble generert ved hjelp av justerbar giljotinen og parametere fra optimalisering protokollen (tabell 1). Hver gruppe inneholder 58 frakturer i 14-uke-gamle, genotype matchende mus. Røntgenbilder ble analysert for eksperimentell brudd lengde (EFL): avstanden fra den calcaneal-tibial leddet til sprekken, eksperimentelle pin-lengde (EPL), hvor bein og brudd mønsteret.

Bruker en justerbar brudd enhet og optimalisert parametere (p < 0,001) forbedret generering av enkel tverrgående sprekker (figur 5). Gruppen pre optimalisering generert bare en enkel tverrgående brudd 46.55% (27/58) av tiden sammenlignet med gruppen etter optimalisering som en enkel tverrgående brudd 98.28% (57/58) av tiden. Bare en prøve i gruppen etter optimalisering hadde en sammensatt brudd på grunn av en malalignment i posisjonering dekopaj. Basert på beskrevet i optimalisering protokollen, bør kutt pin-lengde ta 90% av totale Ben lengden. Bruker parameterne optimalisering og pin kutte måleren, var prosentandelen av eksperimentelle pin-lengde til bein lengde i gruppen etter optimalisering 92.43% sammenlignet med bare 83.67% i gruppen pre optimalisering (p < 0,001). Optimalisering også betydelig redusert variasjon av brudd steder, pin-lengde og pin-til-Ben lengden prosentsatsen (p < 0,001). Resultatene rapporteres i tabell 2.

Figure 1
Figur 1 : Optimalisering og generering av en enkel tibia brudd. Disse skjermbildene viser lateral røntgenbilder av en murine tibia. (A) dette panelet viser pre brudd målinger. Gul prikkelinje markerer hvor ideelle brudd. Måling overlegg for brudd lengde (FL), benlengde (LL), medullær diameter (MD) og kortikale diameter (CD) vises i røntgenbilde. (B) dette panelet viser en brudd plassering test. Solid pilspissen angir brudd i en ikke-stabilisert tibia teste posisjonering jig parameterne. (C) dette panelet viser en pin lengde test med en pre brudd røntgenbilde teste pin-lengde (PL) og kutte måle. PL burde være 90% LL, fylle mulig intramedulær kanalen, og ikke stikker proximally eller distally. (D) dette panelet viser en post optimalisering brudd generasjon. Pilspissen omrisset angir enkel tverrgående tibia brudd. PIN-koden er ikke bøyd på nivået av konsekvenser. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.

Figure 2
Figur 2 : Justerbar brudd konstruksjon. Denne illustrasjonen viser frontal og lateral perspektiv utsikt over brudd enheten. Frontal-visning inneholder merknader større enhet komponenter. Inneholder lateral visningen forstørret detaljer som illustrerer innstillingene for innvirkning dybden (ID), slipp høyden (DH) og ambolt bredden (AW). Tilleggsvekter kan legge til ram threading på vekter på toppen av virkningen ram indikeres av røde pilspiss. Den stiplede linjen i Anvil bredde justering detalj angir linjen av virkningen. Midten av giljotinen innvirkning på overflaten en støtte anvil (CGI) brukes til å beregne dybden på posisjonering dekopaj å produsere en nøyaktig og presis brudd-nivå. Posisjonering dekopaj vises i detalj i Figur 3A. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.

Figure 3
Figur 3 : Posisjonering pilk og kutte måle design. (A) dette panelet viser detaljer om musen posisjonering jig. Gigg dybden (JD) kan justeres for å endre hvor brudd på lem. Økende JD vil flytte brudd proximally og redusere JD flytter brudd distally. (B) dette panelet viser detaljer om nålen og pin kutte måleren. Pin-lengde (PL) skal 90% av lem lengden (LL) (figur 1A). Kutte måle lengden (CGL) er avledet fra trekke PL fra p-lengde. I dette eksemplet en kutte gauge er konstruert (CGL = 1.6 cm) å avgrense en 27-G nål (lengde = 3.175 cm), forlate en PL 1.58 cm etter klipping. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.

Figure 4
Figur 4 : Tibia og femur fraktur posisjonering. Dette er topp-ned fotografier av (A) en mus tibiaog (B) femur i positing dekopaj. (A.1) For tibia frakturer, musen er plassert i en supine posisjon med tibia i midten av støtte ambolter og dorsum av foten presset mot dekopaj. (B.1) For femur brudd, musen er plassert i en utsatt posisjon med dorsum av foten presset mot dekopaj. Gul prikkelinje angir plasseringen av ambolt virkningen. (A.2 og B.2) Bunnen bildene viser hvor ambolten ved innvirkning. Plasseringen av forskerens hender skal ikke påvirke ram-aktivering. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.

Figure 5
Figur 5 . Før og etter optimering av brudd generasjon. Disse panelene Vis lateral røntgenbilder av representant frakturer fra (A) før optimalisering og (B) etter optimalisering brudd grupper. Størrelsen på gruppen var 58 mus. Solid pilspisser og pilspiss skisserer indikerer nivået av brudd i pre- og post optimalisering grupper, henholdsvis. (A.1 - A.5) Frakturer generert pre optimalisering viser en høy grad av comminution og brudd-nivå variasjon. Pin diameter fyller bare delvis mulig intramedulær kanalen med en høy grad av lengde variasjon. Pin lengde inkonsekvensen resulterte i (A.3) ikke-stabilisert frakturer og (A.3 - A.5) pin eksponering. Frakturstedet dybde kontroll resulterte i (A.4) bøyd pinner og bidro til (A.1 - A.5) comminution. I frakturer generert etter optimalisering (se tabell 1 for hele settet med parametere), bruk av en posisjonering gigg (Figur 3A) resulterte i en lav variasjon av brudd steder (gul pilspiss skisserer). Optimalisering av pin bredden basert på pre brudd røntgenbilder resulterte i en pin utvalg som fylt mulig intramedulær kanalen. Bruk av en pin kutte måler (Figur 3B) resulterte i en konsekvent pin-lengde. Optimalisering av virkningen dybde og slipp høyden produsert enkel tverrgående brudd med ingen comminution eller bøyd pinner. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.

Forkortelse Tibia Femur
Før brudd parametere
Anvil bredde (cm) AWW 0.40 0.40
RAM vekt (g) RW 272.00 272.00
Før brudd målinger
Benlengde (cm), mean±SD LL 1.75±0.03 1.32±0.05
Kortikale Diameter (cm), mean±SD CD 0.10±0.00 0.15±0.01
Medullær Diameter (cm), mean±SD MD 0.05±0.00 0.09±0.01
PIN størrelse (måle/cm) PS 27/3.175 23/3.810
Sentrum av giljotinen innvirkning (cm) = AW / 2 CGI 0.20 0,2
Frakturstedet lengde (cm), mean±SD FL 0.56±0.02 0.64±0.01
Optimalisering
PIN-lengde (cm) = 0,9 * LL PL 1.58 1,19
Påvirke dybde (cm) = 0,75 * CD ID 0.07 0,11
Kutte måle lengden (cm) = PS - PL CGL 1.60 2,62
Jig dybde (cm) = FL - CGI JD 0,36 0.44
Slipp høyde (cm) DH 2,20 4,40
Etter brudd målinger
Eksperimentell Pin-lengde (cm), mean±SD EPL 1.60±0.06 1.19±0.04
Eksperimentell Pin-lengde til Pin-lengde (%) 101.1% 100.0%
Eksperimentell brudd lengde (cm), mean±SD EFL 0.54±0.01 0.62±0.06
Eksperimentell brudd lengde til brudd lengde (%) 97.6% 97,1%
Enkel tverrgående brudd (%) 9/9 (100%) 9/9 (100%)

Tabell 1: Parametere av brudd generasjon før og etter utviklingen av det nye giljotin systemet.

Pre optimalisering Etter optimalisering Test Betydning
Eksperimentell brudd lengde (cm), mean±SD 0.74±0.28 0.52±0.05 t < 0,001
F < 0,001
Eksperimentell Pin-lengde (cm), mean±SD 1.47±0.21 1.57±0.09 t < 0,001
F < 0,001
Feste til beinet lengde (%), mean±SD 83.67±11.97 92.43±5.29 t < 0,001
F < 0,001
Enkel tverrgående brudd (%) 46.55 98.28 Pearson < 0,001

Tabell 2: Brudd resultater før og etter parameteren optimalisering.

Supplementary Figure 1
Supplerende figur 1: støtte delsamling teknisk tegning. Denne illustrasjonen viser en teknisk tegning for montering av komponentene. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.

Supplementary Figure 2
Supplerende figur 2: Ram delsamling teknisk tegning. Denne illustrasjonen viser en teknisk tegning for montering av ram komponenter. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.

Supplementary Figure 3
Supplerende figur 3: blokkerer teknisk tegning. Denne illustrasjonen viser en teknisk tegning som kan brukes til å produsere stopp og guide blokker for brudd apparatet. Vi brukte aluminium. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.

Supplementary Figure 4
Supplerende figur 4: Rod, Ram teknisk tegning. Denne illustrasjonen viser en teknisk tegning som kan brukes til å produsere ram for brudd apparatet. Vi brukte rustfritt stål. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.

Supplementary Figure 5
Supplerende figur 5: skrue, justering teknisk tegning. Denne illustrasjonen viser en teknisk tegning som kan brukes til å endre en socket maskinskrue justeres ram. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.

Supplementary Figure 6
Supplerende figur 6: hode, montering teknisk tegning. Denne illustrasjonen viser en teknisk tegning for å produsere monteringsplaten for brudd apparatet. Vi brukte aluminium. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.

Supplementary Figure 7
Supplerende figur 7: Magnet delsamling teknisk tegning. Denne illustrasjonen viser en teknisk tegning for montering av magnet komponentene. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.

Supplementary Figure 8
Supplerende figur 8: monterer, Magnet teknisk tegning og CAD-filen. Denne illustrasjonen viser (A) en teknisk tegning og (B) CAD-fil som kan brukes til å produsere magnet mount (filformat: *.stl). Vi 3D-trykt delen med polylactic syre (PLA). Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.

Supplementary Figure 9
Supplerende figur 9: fullstendig samlingen teknisk tegning og CAD-filen. Denne illustrasjonen viser (A) en teknisk tegning av samlingen komplett brudd med komponenter og (B) CAD-filen (filformat: *.iam). Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.

Supplementary Figure 10
Supplerende Figur10: braketten, Ben kjeven teknisk tegning. Denne illustrasjonen viser en teknisk tegning som kan brukes til å produsere etappe klammeparentesene for brudd apparatet. Parentesene er maskinert fra rett 8020 hjørne parentes. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.

Supplementary Figure 11
Supplerende figur 11: plattform, brudd teknisk tegning og CAD-filen. Denne illustrasjonen viser (A) en teknisk tegning og (B) CAD-fil som kan brukes til å produsere brudd plattformen (filformat: *.stl). Vi 3D-trykt delen med polylactic syre (PLA). Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.

Supplementary Figure 12
Supplerende figur 12: Jig, posisjonering brudd teknisk tegning og CAD-filen. Denne illustrasjonen viser (A) en teknisk tegning og (B) CAD-fil som kan brukes til å produsere lem-posisjonering dekopaj (filformat: *.stl). Vi 3D-trykt delen med polylactic syre (PLA). Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.

Supplementary Figure 13
Supplerende figur 13: Jig, Pin Gauge teknisk tegning og CAD-filen. Denne illustrasjonen viser (A) en teknisk tegning og (B) CAD-fil som kan brukes til å produsere en pin kutte måler (filformat: *.stl). Vi 3D-trykt delen med polylactic syre (PLA). Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

Denne brudd optimalisering og generasjon protokollen gir forskere effektiv metode til å utlede at brudd parametere og utføre en minimal invasiv prosedyre, som produserer nøyaktig, repeterbare, tverrstilt frakturer. I tillegg oppretter denne protokollen et felles sett brudd generasjon parametere som fremmer metoden konsekvens mellom forskere. Disse parametrene kan etablering av en felles brudd database å etablere brudd standarder basert på en rekke parametere (f.eks, alder, kjønn, kjønn og genotype). En optimalisering av brudd variabler reduseres betydelig eksempel heterogenitet - redusere bortkastet tid, tapt ressurser og ubrukelig data.

Vil generere nøyaktig og presis frakturer, er det viktig å etablere et standardisert sett av brudd generasjon parametere som vil produsere en høy grad av spesifisitet og redusere variasjon av brudd steder. I tillegg til brudd generasjon er tilstrekkelig stabilisering også nødvendig å fremme brudd callus dannelse og redusere sannsynligheten for ikke-unionen. Mulig intramedulær låsing er en vanlig fiksering metode som brukes til å stabilisere appendicular lange bein sprekker både eksperimentelt og klinisk. Internt fikserte frakturer tendens til å leges indirekte - en prosess som involverer vev differensiering, benresorpsjon på brudd overflaten, og den påfølgende brudd union via callus dannelse og remodeling. Disse prosessene kan hindres av bevegelse ved brudd veikrysset og migrasjon av pinnen i medullær hulrom. Denne protokollen benytter en fiksering metode som reduserer graden av forskyvning på brudd nettsiden fiksering og begrenser omfanget av pin overføring uten bruk av avansert kirurgisk utstyr og teknikker som kan forårsake unødvendig skade kortikalt benvev. Generere et sett med pin parametere som Maksimer mulig intramedulær kontakt per en bestemt eksempel type gir nødvendig stabilitet for riktig callus dannelse og ubalanse.

Når mulig intramedulær pin er plassert, genererer er neste viktige trinn en enkel tverrgående brudd. Protokoller som genererer frakturer via eksternt brukt, blunt force trauma har potensial til å produsere comminuted sprekker og skade fiksering hardware. For å løse disse komplikasjoner, er det viktig å kontrollere virkningen dybden, som må tilsvare 0.5 x gjennomsnittlig kortikale diameteren på hver eksempel angi23. Brudd comminution kan også skyldes overdreven kraften under ekstern blunt force trauma prosedyrer. Hvis støthastigheten overskrider en kritisk terskel, genererer hastigheten på sprekk forplantning stress bølger som resulterer i flere brudd områder24. Det er viktig å etablere en ram vekt og miste høyde som vil generere nok kinetisk energi for å produsere et brudd, og også under innvirkning hastighet terskelen for stress bølge produksjon, reduserer muligheten for comminution. En høy effekt hastighet vil føre til en rask lasting av bein, som produserer overdreven energi absorpsjon før brudd er generert25. Ved brudd forplantning, er overdreven energien absorberes under innlasting utgitt ikke-lineært, som produserer comminution. En lavere støthastigheten og tregere lasting av energi har en høyere sannsynlighet for å produsere en lineær brudd sammenlignet med høy effekt hastigheter og rask lasting26. Å redusere forekomsten av comminution, denne protokollen bruker en standard ram vekt på 250 g for mus - dette kan justeres for å imøtekomme en større art. Når du arbeider med svært små dyr eller de med en kjent bein sykdom (f.eks, osteopeni eller osteosclerosis), kan det være nødvendig å redusere ram vekten. Det er viktig å bruke en konsekvent ram vekt når justere slipp høyde så eneste variabelen blir optimaliseres om gangen. Beregninger for artsspesifikke ideelle innvirkning hastigheter vil produsere mer konsekvent frakturer av regnskap for små variasjoner i størrelse og bløtvev morfologi av prøven.

Metodene som er beskrevet ovenfor eliminere mange svakheter av andre brudd generasjon protokoller; noen sider kan imidlertid kreve trening for å effektivt oppnå de ønskede resultater. En mulig komplikasjon av prosedyren er en unøyaktig pin plassering, potensielt forårsake betydelig bein eller bløtvev skade. Dette skyldes primært til begrenset synlighet av tilnærming og mangel på tilstrekkelig bilaterale hånden bevegelighet. En intern fiksering uten et åpent snitt kan kreve en del av dyktighet fra personen som utfører prosedyren. Derfor er det viktig at han eller hun har hatt tilstrekkelig opplæring - på levningene, om nødvendig - å unngå overflødig bløtvev skader som kan føre til komplikasjoner i helbredelsesprosessen. Gjenkjenne strukturer angitt i protokollen (patellar ligament, tibial platå, og intercondylar hakk femur) vil hjelpe produsere et konsekvent, nøyaktig låsing med minimal bløtvev skade. Målet med beskrevet studien var imidlertid ikke å presentere en detaljert prosedyre for pin plassering, men heller å beskrive metoder for å generere perfekt frakturer.

Bruk av skjæring måleren anbefales å unngå noen brotsjing gjennom den proksimale enden av femur eller distale tibia. Boring gjennom den proksimale enden av femur kan skade bløtvev unødvendig eller bein i hoften, forårsaker mobilitet og skade komplikasjoner under helbredelsesprosessen. Tilsvarende vil brotsjing gjennom distale tibia skade ankelen strukturer, endre gangart mekanikk, lasting, og callus formasjon.

For å øke nøyaktigheten av hvor brudd, være en egendefinert lem-posisjonering gigg utformet for å sikre riktig plassering av lem i enheten. En presis og nøyaktig innvirkning plassering er avgjørende for å konsekvent generere brudd på ønsket plassering. Vårt laboratorium sysselsetter to jigs: én for midt-tibial brudd, og den andre for midt-femur brudd og allsidigheten til en modulær design og 3D-utskrift gir forskere mulighet til å generere brudd på en rekke steder. Tillegg av en egendefinert gigg designet til generere brudd på et bestemt sted øker både nøyaktighet og presisjon brudd generasjon ved å begrense sannsynligheten for operatørfeil.

Noen begrensninger av denne metoden er lik de i andre eksisterende lukket brudd teknikker. Overdreven bløtvev eller fett kan hindre generering av frakturer, som i eldre eller overvektige mus. Det er viktig å merke seg at dette er vanligvis på grunn av mangel av makt og ikke mangel på virkningen dybde. Denne begrensningen kan overvinnes ved å øke ram vekten eller hastigheten øke den kinetiske energien brukes å bruddet sted. Denne metoden er også avhengig av interne fiksering, som kan forstyrre endosteal overflaten av bein og påvirker helbredelse. Mens endosteal avbrudd oppstår også klinisk med mulig intramedulær spikerslag, hvis bidraget fra endosteum til brudd reparasjon blir studert, kan eksterne fiksering eller platene være et bedre alternativ. En ekstra begrensning er nødvendig prøven oppofrende dyr å etablere parameterne første; men som brudd variablene for flere utvalg typer opprettes og databasen utvikler, bør behovet for ytterligere oppofrende prøver redusere.

Beskrevet protokollen øker presisjonen i indusert traumer ved hjelp av standardiserte parametere gjelder for eksempel, minimere den frakturstedet heterogenitet vanligvis sett i lukket brudd generasjon prosedyrer. Nyeste brudd generasjon protokoller gjelder bare murine arter og produsere moderat konsekvent frakturer. De ofte krever bruk av en bestemt eksempel type å oppnå optimale resultater eller ikke gjøre rede for variasjoner i stammer. Protokollen presentert her står for variasjon i størrelsen eller bein morfologi som finnes mellom musen stammer og kan tilpasses til å generere konsistent frakturer i andre arter. Utbredt bruk av denne protokollen vil i tillegg støtte innføringen av et standardisert brudd språk mellom forskere. Bruke lignende protokoller med vanlige variabler vil forbedre metoden konsistensen og styrke sammenligninger mellom studier. Mens parameterne omtalt ovenfor gjelder murine lange ben, er mulig for brudd optimalisering protokollen som skal brukes i flere brudd modeller, ytterligere øke allsidigheten til en kollektiv brudd generasjon parameter databasen. Ansette denne brudd optimalisering protokollen vil øke produksjonen av homogen, brukbare eksempler ved å forbedre konsistensen av brudd plasseringen og mønster. Høyere prosent avkastning av prøvene vil redusere avfallet laboratorium ressurser, redusere antall dyr nødvendig og forbedre studere effektiviteten.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

Forfatterne ikke avsløre.

Acknowledgments

Forskning rapportert i denne publikasjonen ble støttet av nasjonalt Institutt for Arthritis og Musculoskeletal og hudsykdommer av National Institutes of Health under prisen nummer F30AR071201 og R01AR066028.

Materials

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

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. BMUS: The Burden of Musculoskeletal Diseases in the United States. , Available from: http://www.boneandjointburden.org/ (2014).
  2. Corso, P., Finkelstein, E., Miller, T., Fiebelkorn, I., Zaloshnja, E. Incidence and lifetime costs of injuries in the United States. Injury Prevention. 12 (4), 212-218 (2006).
  3. Nguyen, N. D., Ahlborg, H. G., Center, J. R., Eisman, J. A., Nguyen, T. V. Residual lifetime risk of fractures in women and men. Journal of Bone and Mineral Research: The Official Journal of the American Society for Bone and Mineral Research. 22 (6), 781-788 (2007).
  4. Thompson, Z., Miclau, T., Hu, D., Helms, J. A. A model for intramembranous ossification during fracture healing. Journal of Orthopaedic Research: Official Publication of the Orthopaedic Research Society. 20 (5), 1091-1098 (2002).
  5. Cheung, K. M. C., Kaluarachi, K., Andrew, G., Lu, W., Chan, D., Cheah, K. S. E. An externally fixed femoral fracture model for mice. Journal of Orthopaedic Research. 21 (4), 685-690 (2003).
  6. Connolly, C. K., et al. A reliable externally fixated murine femoral fracture model that accounts for variation in movement between animals. Journal of Orthopaedic Research. 21 (5), 843-849 (2003).
  7. Histing, T., et al. An internal locking plate to study intramembranous bone healing in a mouse femur fracture model. Journal of Orthopaedic Research. 28 (3), 397-402 (2010).
  8. Gröngröft, I., et al. Fixation compliance in a mouse osteotomy model induces two different processes of bone healing but does not lead to delayed union. Journal of Biomechanics. 42 (13), 2089-2096 (2009).
  9. Bonnarens, F., Einhorn, T. A. Production of a standard closed fracture in laboratory animal bone. Journal of Orthopaedic Research. 2 (1), 97-101 (1984).
  10. Huang, C., et al. The spatiotemporal role of COX-2 in osteogenic and chondrogenic differentiation of periosteum-derived mesenchymal progenitors in fracture repair. PloS One. 9 (7), 100079 (2014).
  11. Waki, T., et al. Profiling microRNA expression during fracture healing. BMC Musculoskeletal Disorders. 17, 83 (2016).
  12. Yee, C. S., et al. Sclerostin antibody treatment improves fracture outcomes in a Type I diabetic mouse. Bone. 82, 122-134 (2016).
  13. Wong, E., et al. A novel low-molecular-weight compound enhances ectopic bone formation and fracture repair. The Journal of Bone and Joint Surgery. American Volume. 95 (5), 454-461 (2013).
  14. Prodinger, P. M., et al. Does Anticoagulant Medication Alter Fracture-Healing? A Morphological and Biomechanical Evaluation of the Possible Effects of Rivaroxaban and Enoxaparin Using a Rat Closed Fracture Model. PloS One. 11 (7), 0159669 (2016).
  15. Menzdorf, L., et al. Local pamidronate influences fracture healing in a rodent femur fracture model: an experimental study. BMC Musculoskeletal Disorders. 17, 255 (2016).
  16. Hagiwara, Y., et al. Fixation stability dictates the differentiation pathway of periosteal progenitor cells in fracture repair. Journal of Orthopaedic Research: Official Publication of the Orthopaedic Research Society. 33 (7), 948-956 (2015).
  17. Gardner, M. J., et al. Differential fracture healing resulting from fixation stiffness variability: a mouse model. Journal of Orthopaedic Science: Official Journal of the Japanese Orthopaedic Association. 16 (3), 298-303 (2011).
  18. Catma, M. F., et al. Remote ischemic preconditioning enhances fracture healing. Journal of Orthopaedics. 12 (4), 168-173 (2015).
  19. Lichte, P., et al. Impaired Fracture Healing after Hemorrhagic Shock. Mediators of Inflammation. 2015, 132451 (2015).
  20. Lopas, L. A., et al. Fractures in geriatric mice show decreased callus expansion and bone volume. Clinical Orthopaedics and Related Research. 472 (11), 3523-3532 (2014).
  21. Bonnarens, F., Einhorn, T. A. Production of a standard closed fracture in laboratory animal bone. Journal of orthopaedic research. 2 (1), 97-101 (1984).
  22. Marturano, J. E., et al. An improved murine femur fracture device for bone healing studies. Journal of Biomechanics. 41 (6), 1222-1228 (2008).
  23. Jackson, R. W., Reed, C. A., Israel, J. A., Abou-Keer, F. K., Garside, H. Production of a standard experimental fracture. Canadian Journal of Surgery. Journal Canadien De Chirurgie. 13 (4), 415-420 (1970).
  24. Byrne, M., Cleveland, B., Marturano, J., Wixted, J., Billiar, K. Design of a reproducible murine femoral fracture device. Conference: Bioengineering Conference, 2007. NEBC '07. IEEE 33rd Annual Northeast. , (2007).
  25. Carter, D. R., Hayes, W. C. Compact bone fatigue damage-I. Residual strength and stiffness. Journal of Biomechanics. 10 (5), 325-337 (1977).
  26. McGee, A., Qureshi, A., Porter, K. Review of the biomechanics and patterns of limb fractures. Trauma. 6 (1), 29-40 (2004).

Tags

Medisin problemet 138 brudd bein modell femur tibia stabilisert murine mus gnagere protokoll optimalisering giljotinen
Frakturstedet apparater Design og protokollen optimalisering for lukket-stabilisert brudd i gnagere
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Zondervan, R. L., Vorce, M.,… More

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

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter