Modèle calvarial de l'augmentation osseuse dans le lapin pour l'évaluation de la croissance osseuse et la néovascularisation dans les matériaux de substitution osseuse
Summary
Ici, nous présentons un protocole chirurgical chez les lapins dans le but d’évaluer les matériaux de substitution osseuse en termes de capacités de régénération osseuse. En utilisant des cylindres PEEK fixés sur des crânes de lapin, l’ostéoconduction, l’ostéoinduction, l’ostéogenèse et la vasculogenèse induites par les matériaux peuvent être évalués soit sur des animaux vivants ou euthanasiés.
Abstract
Le principe de base du modèle calvarial de lapin est de cultiver de nouveaux tissus osseux verticalement au-dessus de la partie corticale du crâne. Ce modèle permet l’évaluation des matériaux de substitution d’os pour la régénération orale et craniofacial d’os en termes de croissance d’os et de soutien de neovascularization. Une fois que les animaux sont anesthésiés et ventilés (intubation endotrachéale), quatre cylindres faits de cétone d’éther de polyéther (PEEK) sont vissés sur le crâne, des deux côtés de la médiane et des sutures coronales. Cinq trous intramédullaires sont percés dans la zone osseuse délimitée par chaque cylindre, ce qui permet l’afflux de cellules de moelle osseuse. Les échantillons de matériaux sont placés dans les cylindres qui sont ensuite fermés. Enfin, le site chirurgical est suture, et les animaux sont réveillés. La croissance osseuse peut être évaluée sur des animaux vivants en utilisant la microtomographie. Une fois que les animaux sont euthanasiés, la croissance osseuse et la néovascularisation peuvent être évaluées en utilisant la microtomographie, l’histologie immunitaire et l’immunofluorescence. Comme l’évaluation d’un matériau nécessite une standardisation et un étalonnage maximaux, le modèle calvarial semble idéal. L’accès est très facile, l’étalonnage et la normalisation sont facilités par l’utilisation de cylindres définis et quatre échantillons peuvent être évalués simultanément. En outre, la tomographie vivante peut être utilisée et, en fin de compte, une forte diminution des animaux à euthanasier peut être anticipée.
Introduction
Le modèle calvarial de l’augmentation osseuse a été développé dans les années 90 dans le but d’optimiser le concept de régénération osseuse guidée (GBR) dans le domaine chirurgical oral et craniofacial. Le principe de base de ce modèle est de cultiver de nouveaux tissus osseux verticalement sur le dessus de la partie corticale du crâne. Pour ce faire, un réacteur (p. ex. titane-dôme, -cylindre ou cage) est fixé sur le crâne pour protéger la régénération osseuse effectuée par une greffe (p. ex. hydrogel, substitut osseux, etc.). A l’aide de ce modèle, cages en titane ou céramique1,2,3,4,5,6, GBR membranes7,8,9 ,10, facteurs ostéogéniques11,12,13,14,15,16,17, nouvel os remplaçants12,16,17,18,19,20,21,22,23 , 24 Ans, états-unis , 25 Annonces , 26 Annonces , 27 Annonces , 28 Annonces , 29 ou le mécanisme de la néovascularisation pendant le processus de régénération d’os30 ont été évalués.
D’un point de vue translationnel, le modèle calvarial représente un défaut d’un mur qui peut être comparé à un défaut de classe IV dans la mâchoire31. L’objectif est de cultiver de nouveaux os au-dessus d’une zone corticale, sans aucun soutien latéral des parois osseuses endogènes. Le modèle est donc extrêmement rigoureux et évalue le potentiel réel de l’ostéoconduction verticale sur la partie corticale de l’os. Si le modèle décrit ci-dessus est principalement dédié à l’évaluation de l’ostéoconduction chez les substituts osseux, l’ostéogenèse et/ou l’ostéoinduction peuvent également être évalués, ainsi que la vasculogenèse1,2,3, 4,5,6,7,8,9,10,11,12,13 ,14,15,16,17,18,19,20,21,22 ,23,24,25,26,27,28,29,30.
Essentiellement pour des raisons éthiques, pratiques et économiques, le modèle calvarial a été développé dans le lapin dans lequel le métabolisme osseux et la structure sont tout à fait pertinents par rapport à l’homme32. Sur les 30 références citées ci-dessus, 80% ont utilisé le modèle calvarial lapin1,2,3,4,5,6,7, 8 ,9,10,11,12,13,14,15,17,22, 23,26,27,28,29,30,33, démontrant ainsi la pertinence de ce modèle animal. En 2008, le groupe Busenlechner a transféré le modèle calvarial au porc, pour permettre la comparaison de huit substituts osseux simultanément20 (par rapport à deux substituts osseux avec le lapin). D’autre part, notre groupe a transféré le modèle calvarial de lapin aux moutons. En bref, des dômes de titane ont été placés sur des crânes de mouton pour caractériser l’ostéoconduction d’un nouveau substitut d’os imprimé en 3D. Ces études nous ont permis de développer et de maîtriser le modèle calvarial et son analyse16,21.
Les trois dernières études ont cité16,20,21, ainsi que plusieurs autres enquêtes12,17,18,19,22, 23,24,26,27,28,29, a confirmé le grand potentiel du modèle calvarial comme un dépistage et la caractérisation modèle. Cependant, même si les résultats obtenus étaient assez satisfaisants, ils ont également souligné quelques limites : (1) L’utilisation de dômes de titane, qui empêchaient la diffusion des rayons X et, à leur tour, l’utilisation de micro-CT en direct. Ceux-ci ne pouvaient pas être enlevés avant le traitement histologique, forçant les chercheurs à intégrer les échantillons dans la résine poly (méthyle méthylique) (PMMA). Les analyses qui en ont résulté se sont donc largement limitées à la topographie. (2) Coûts financiers élevés, en particulier en raison du coût des animaux, et les coûts liés à la logistique, l’entretien et la chirurgie des animaux. (3) Difficultés à obtenir des approbations éthiques pour les grands animaux.
Une étude récente de Polo, et coll.26 a largement amélioré le modèle sur le lapin. Les dômes en titane ont été remplacés par des cylindres closables qui pouvaient être remplis d’un volume constant de matériaux. Quatre de ces cylindres ont été placés sur des crânes de lapin. À l’achèvement, les cylindres pouvaient être enlevés de sorte que les biopsies étaient sans métal, introduisant beaucoup plus de flexibilité en ce qui concerne le traitement de l’échantillon. Le modèle calvarial de lapin est devenu attrayant pour l’essai simultané avec des coûts inférieurs, la manipulation facile d’animal et la facilitation du traitement d’échantillon. Profitant de ces développements récents, nous avons encore amélioré le modèle en remplaçant le titane par PEEK pour produire des cylindres, permettant ainsi la diffusion des rayons X et l’utilisation de la microtomographie sur les animaux vivants.
Dans cet article, nous décrivons les processus d’anesthésie et de chirurgie et montrerons des exemples de sorties qui peuvent être obtenues en utilisant ce protocole, c.-à-d., (immuno-) histomorphometry, microtomographie vivante et ex vivo pour évaluer les mécanismes de l’os la régénération et quantifient la nouvelle synthèse d’os soutenue par des matériaux de remplacement d’os.
Protocol
Representative Results
Discussion
Le modèle décrit ci-contre est simple et doit être développé assez facilement tant que toutes les étapes sont suivies et que l’équipement est adapté. Comme le protocole décrit est une méthode chirurgicale, toutes les étapes semblent critiques et doivent être suivies correctement. Il est essentiel d’être formé pour des expériences animales, en particulier dans la manipulation du lapin et l’anesthésie. N’hésitez pas à demander de l’aide professionnelle d’anesthésiste et vétérinaire. Il est essentiel d’…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Les auteurs sont redevables à Geistlich AG (Wolhusen, CH) et à la Fondation d’Ostéologie (Lucerne, CH) (subvention n ’18-049) pour leur soutien, ainsi que Global D (Brignais, FR) pour la fourniture des vis. Un merci particulier au Dr B. Schaefer de Geistlich. Nous remercions également Eliane Dubois et Claire Herrmann pour leur excellent traitement histologique et leurs précieux conseils. Enfin, nous remercions chaleureusement Xavier Belin, Sylvie Roulet et toute l’équipe du Pr Walid Habre, “chirurgie expérimentale Dpt”, pour leur remarquable assistance technique.
Materials
| Drugs | |||
| Enrofloxacine Baytril 10% | Bayer | Antibiotic | |
| Fentanyl | Bischel | For analgesia | |
| Ketalar 50mg/ml | Pfizer | Ketamine for anesthesia | |
| Lidohex | Bichsel | Lubricating gel for the eyes | |
| Opsite | Smith and Nephew | 66004978 | Sprayable dressing |
| Povidone iodine 10%, Betadine | Mundipharma | anti-infective agent | |
| Propofol 2% | Braun | 3538710 | For anesthesia |
| Rapidocain 2% | sintetica | Local anesthesia | |
| Ringer-acetate | Fresenius Kabi | Volume compensation | |
| Rompun 2% | Bayer | Xylazin for anesthesia | |
| Sevoflurane 5% | Abbvie | For anesthesia | |
| Sterile saline | Sintetica | ||
| Temgesic | Reckitt Benckiser | Buprenorphine hydrochloride, analgesia | |
| Thiopental Inresa | Ospediala | For anesthesia | |
| Xylocaine 10% spray | Astra Zeneca | For intubation | |
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Equipment | |||
| Fresenius Vial pilot C | Imexmed | Infusion pump | |
| Heated pad | Harvard Apparatus | ||
| Suction dominant 50 | Medela | ||
| Suction tubing Optimus | Promedical | 80342.2 | |
| Surgical motor | Schick dental | Qube | Drilling of intramedullary holes |
| Ventilation | Maquet Servo1 | ||
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Material | |||
| Cylinders and caps | Boutyplast | Customized | composition: PEEK (poly ether ether ketone) |
| Manual self-retaining shaft | GlobalD | ACT1K | |
| Mobile handle for self-retaining shaft | GlobalD | MTM | |
| Self- drilling screws | GlobalD | VA1.2KL4 | cross-drive screws composed by Titanium grade5, ISO 5832-3 |
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Surgical tray | |||
| Endotracheal tube Shiley diameter 2,5mm | Covidien | 86233 | For intubation |
| Endotracheal tube Shiley diameter 4,9mm | Covidien | 107-35G | For intubation |
| Ethicon prolene 4-0 | Ehticon | 8581H | Non-resorbable suture |
| Forceps | Marcel Blanc | BD027R | 145 mm |
| Intubation catheter | Cook medical | Guide for intubation | |
| Needlle holder | Marcel Blanc | BM008R | |
| Needles BD Microlance3 | Becton Dickinson | 300300/304622 | 26G; 18G |
| Periosteal | HU-Friedy | P9X | |
| Round surgical burs | Patterson | 78000 | 0.8 mm in diameter, Drilling of intramedullary holes |
| Scalpel | Swann-Morton | n°10 and n°15 | |
| Scissors | Marcel Blanc | 00657 | 180 mm |
| Syringes Omnifix | Braun | 4616057V | 5ml, 10ml and 50ml |
| Venflon G22 | Braun | 42690985-01 | Vasofix safety for the ear iv line |
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