Yöntem makalesi

Sıçan Tibia Diyabet ve Osteoporoz Modellerinde Cerrahi Kemik İmplantasyon Tekniği

2K görüntüleme

⸱

DOI:

10.3791/66591

⸱

5 Temmuz 2024

 ,  ,  ,  ,  ,  ,  , 
1Faculty of Medicine and Health Sciences, University of Barcelona, 2Department of Oral Surgery, Davallmed Clinic. Porto, 3Biomaterials, Biomechanics and Tissue Engineering Group, Department of Materials Science and Engineering, Universitat Politècnica de Catalunya, 4Barcelona Research Centre in Multiscale Science and Engineering, Universitat Politècnica de Catalunya, 5Department of Periodontology, Davallmed Clinic. Porto, 6Department of Odontostomatology, University of Barcelona, 7Oral Health and Masticatory System Research Group at the Bellvitge Biomedical Research Institute (IDIBELL), 8Preclinical imaging platform, Vall d'Hebron Research Institute, Barcelona, 9Preclinical Therapeutics Core, Helen Diller Family Comprehensive Cancer Center, University of California, San Francisco, 10Animal facility, Vall d'Hebron Research Institute, Barcelona, 11UCSF Gnotobiotics Core Facility, University of California, San Francisco, 12Human Anatomy and Embryology Unit, Experimental Pathology and Therapeutics Department, Faculty of Medicine and Health Sciences, University of Barcelona

Bu makalede

Özet

İmplantların bir sıçan modeline yerleştirilmesi, klinik araştırmalar için önemli bir deneysel prosedürdür. Bu çalışma, diyabet ve osteoporozlu sıçan modellerinin tibiasına titanyum implantların implante edilmesi için kapsamlı bir cerrahi protokol sunmaktadır.

Özet

Sıçan, implant diş hekimliği ve ortopedide, özellikle biyomalzemeler ve kemik dokusu arasındaki etkileşimlerin incelenmesinde uzun süredir değerli bir hayvan modeli olarak hizmet etmiştir. Sıçanın kaval kemiği, ince doku katmanlarından (deri ve kas) kolay cerrahi erişimi ve medial yüzünün düzleştirilmiş şekli nedeniyle sıklıkla seçilir ve intraosseöz cihazların cerrahi olarak yerleştirilmesini kolaylaştırır. Ek olarak, bu model, geometri, yüzey dokusu veya biyolojik ipuçları gibi farklı implant koşullarına biyolojik tepkileri değerlendirmek için çeşitli klinik koşulları taklit ederek belirli hastalıkların indüksiyonunu sağlar. Bununla birlikte, sağlam kortikal yapısına rağmen, bazı intraosseöz cihazlar, başarılı implantasyon için tasarım ve boyutta uyarlamalar gerektirebilir. Bu nedenle, implantasyon bölgesindeki hem yumuşak hem de sert dokuları manipüle etmek için standartlaştırılmış cerrahi yöntemlerin oluşturulması, özellikle implant diş hekimliği ve ortopedi gibi alanlarda uygun implant veya vidalı cihaz yerleşimini sağlamak için çok önemlidir. Bu çalışma, kendi hastalıklarına göre iki gruba ayrılan seksen Sprague Dawley sıçanını içeriyordu: Grup 1 osteoporozlu ve Grup 2 Tip 2 Diyabetli. İmplantasyonlar 4 hafta ve 12 haftada, aynı cerrah tarafından tutarlı bir cerrahi teknik izlenerek gerçekleştirildi. Yerleştirilen tüm implantların tam osseointegrasyonunu gösteren pozitif bir biyolojik yanıt gözlendi. Bu sonuçlar, diğer çalışmalar için tekrarlanabilen ve biyomalzeme topluluğu için bir ölçüt görevi gören cerrahi protokolün başarısını doğrulamaktadır. Özellikle, osseointegrasyon değerleri her iki hastalık modeli için hem 4 haftada hem de 12 haftada sabit kaldı, bu da implantın zaman içinde kalıcı bir entegrasyonunu gösterdi ve 4 hafta gibi kısa bir sürede yakın bir kemik bağlantısının kurulmasını vurguladı.

Giriş

Sıçanların deney denekleri olarak yaygın olarak tercih edilmesi, daha büyük hayvan modellerine kıyasla üremelerinin kolay ve nispeten ucuz olmalarından kaynaklanmaktadır. Osteoporoz veya diyabet gibi bir bozukluğun güvenilir bir şekilde yeniden üretilmesi gibi yeni prosedürlerin ortaya çıkması, bu modeli, tedavilerin potansiyel kullanımını ve/veya hastalığın ilaçlara ve cerrahi cihazlara veya prosedürlere biyolojik yanıttaki etkisini analiz etmek için özellikle yararlı hale getirir 1,2.

Sıçanın kemik kütlesi kazanımı çoğunlukla yaşamın ilk 6 ayında meydana gelir, ancak bazı araştırmacılar uzun kemiğin en az bir yıl boyunca sürekli olarak büyüdüğüne ve uzunluktailerleyici bir artışla 1 olduğuna inanmaktadır. Yaşlanma ile birlikte, modellemeden yeniden şekillenmeye geçiş vardır, bu da her durumda kemikler boyunca eşit olarak gerçekleşmez2. Dişi Sprague Dawley sıçanları, erkek sıçanlardan daha yavaş büyür ve erkek sıçanlara göre daha düşük bir ağırlık zirvesine ulaşır1. Sıçanlarda sürekli kemik uzaması ve çeşitli kemik yeniden şekillenme dinamikleri, insan sağlığı sorunlarını ele alırken dikkate alınması gereken faktörlerdir; Bununla birlikte, yaşam boyu sıçan kemiği gelişimini veya türün kemik1'i yeniden şekillendirme konusundaki yetersizliğini gösteren herhangi bir deneysel araştırma bulmak henüz mümkün olmamıştır. Deney yaklaşık 10 aylıkken başlarsa, bu uzunlamasına kemik büyümesi nedeniyle tibianın büyüme plağından en az 1 mm'lik bir kenar sağlam bırakılmalıdır, bu da dental implant çalışmalarında dikkate alınması gereken bir konudur2. Hormonlar da kemik araştırmalarında önemli bir parametredir, çünkü 8 aylıkken erkek sıçanların tibiadaki dişilere göre %22 daha fazla kemik genişliğine ve %33 daha fazla kırılma mukavemetine sahip olduğu bulunmuştur3.

Bu nedenle, bir ortopedik vidanın veya bir diş implantının osseointegrasyonu, cihazın kemiğe implantasyonuna sistemik yanıtı etkileyen çok sayıda faktöre bağlı olan karmaşık bir süreç olduğundan, bir bozukluğun güvenilir bir şekilde çoğaltılması ortopedi ve implant diş hekimliğinde çok önemlidir. Osteoporoz ve diyabet gibi sistemik bozuklukların ortopedi ve implant diş hekimliğinde başarı oranını etkilediği bilinmektedir, bu nedenle bu bozuklukların sıçan modellerinde güvenilir bir şekilde çoğaltılması, bu sınırlamaların üstesinden gelmenin yollarını araştırmak için uygulanabilir.

Sıçan tibiası, kolay cerrahi erişim, orta derecede kemik hacmi ve medial plaka üzerindeki düz şekli nedeniyle, cerrahi kemik implantasyon deneyleri için uygun hale getirir 4,5 ve implant yüzeyinin osseointegrasyon üzerindeki etkilerini araştıran çok sayıda araştırma çalışmasında kullanılmıştır 4,5,6. Giderek artan sayıda çalışma, hem sağlıklı hayvanlarda7 hem de diyabet veya osteoporozdan etkilenen riskli hayvanlarda 8,9,10,11,12,13,14 implant yüzeyine eklenen kaplamaların ve maddelerin osseointegrasyonu üzerindeki etkilerini değerlendirmektedir.

Bir sıçanın kaval kemiğine yerleştirilen implant cihazlarının sayısı sınırlıdır ve çalışmanın türüne bağlı olarak değişebilir. İmplant sayısına veya çalışma koşullarına bağlı olarak, cihazların boyutları cerrahi travmayı en aza indirecek şekilde uyarlanmalıdır. Tek implant ile yapılan çalışmalarda, neredeyse insan boyutunda bir implant yerleştirilebilir (2.0 mm çapında ve 4 ila 5 mm uzunluğunda) ve bikortikal ankraj sağlanabilir 6,7,15,16. Çoklu implant protokollerindeki implantların boyutları uygun bir implant boyutunu (1,5 mm çapında ve 2,5 mm uzunluğunda) benimsemelidir4,17.

Bu çalışmanın amacı, osteoporoz ve diyabet sıçan modeli olmak üzere iki sıçan modelinin tibiasına titanyum implant yerleştirilmesi için standart bir cerrahi protokolü tanımlamaktır. Ayrıca, bu çalışma, farklı implant yüzeyi biyofonksiyonelleştirme tiplerini ve bunun osseointegrasyon üzerindeki etkisini değerlendirmek için cerrahi protokolün test edilmesine izin vermektedir.

80 sıçandan oluşan bir örnek iki gruba ayrıldı. Grup 1'de, ortalama ağırlığı 484 g ve ortalama yaşı 12 hafta olan 40 yumurtalıklı Sprague Dawley dişisi ve 5 sahte hayvan seçildi. Tedarikçi tavsiyelerine göre (Malzeme Tablosuna bakınız), kısırlaştırmadan üç ay sonra deney başladı. Bu bekleme süresi seks hormonlarının ortadan kalkmasını sağladı. Osteoporoz, mikro bilgisayarlı tomografi (mikro-BT) kemik analizine dayalı olarak ameliyat sırasında doğrulandı ve bu, sahte gruba kıyasla ortalama% 20 kemik kaybını yansıtıyordu. Grup 2, tip II diyabetli 40 BBDR (Bio Breeding Diabetes Resistant) genetik modifiye Sprague Dawley sıçanından oluşuyordu. Ortalama ağırlık 730 g ve ortalama yaş 12 hafta idi. Ameliyattan önce, diyabetik durum, 200 mg / dL'den daha yüksek sonuçlarla art arda üç günlük glikoz ölçümleri ile doğrulandı. Açlıktan 6 saat sonra glukometre ile glukoz ölçümü yapıldı ve kuyruk ponksiyonu ile bir kan damlası toplandı.

Hastaların boyları 2 mm ve çapları 1.8 mm olan grade 3 titanyum implantlar kullanıldı. Tüm implantlar temiz oda koşullarında, ultrason banyosu (230 VAC, 50/60 Hz, 360 W) kullanılarak sikloheksan (2 dakika boyunca 3 kez), aseton (1 dakika boyunca bir kez), deiyonize su (2 kez 2 kez), etanol (2 kez 2 dakika boyunca) ve aseton (2 dakika boyunca 3 kez) ile ultrasonik olarak temizlenerek sterilize edildi. Daha sonra numuneler nitrojen gazı ile kurutuldu ve 0.5 bar'da bir nitrojen demeti doğrudan numunelerin üzerine uygulandı. İmplantasyondan önce, implantlar önce deiyonize suya batırıldı ve daha sonra 10 dakika boyunca% 70 etanol (h / h) içine daldırıldı. Daha sonra implantlar steril mikrosantrifüj tüplerine aktarıldı ve ameliyata kadar steril şartlarda bekletildi.

Protokol

Tüm deneysel prosedürler, İspanyol hukukunda (Kraliyet Kararnamesi 53/2013) ve Generalitat de Catalunya yönetmeliklerinde (Kararname 214/97) uygulandığı şekliyle bilimsel amaçlarla kullanılan hayvanların korunmasına ilişkin Avrupa Topluluğu Kılavuzlarına (Direktif 2010/63/EU) uygun olarak yürütülmüştür. Tüm hayvan prosedürleri ve kullanımı için etik onay, Vall D'Hebron Institut de Recerca'nın Hayvan Deneyleri Etik Kurulu'ndan (kayıt numarası 72/18 CEEA) alınmıştır. Osteoporotik model için ortalama ağırlığı 484 g ve yaş ortalaması 12 hafta olan dişi Sprague Dawley sıçanları kullanıldı. Diyabetik modelde ise ortalama ağırlığı 730 g ve yaş ortalaması 12 hafta olan genetiği değiştirilmiş dişi BBDR (Bio Breeding Diabetes Resistant) cinsi fareler kullanıldı. Tüm hayvanlar ticari bir tedarikçiden temin edildi. Çalışmada kullanılan hayvanların, reaktiflerin ve ekipmanın spesifik ayrıntıları Malzeme Tablosunda listelenmiştir.

1. Anestezi / farmakoloji ve hayvanların hazırlanması

  1. Cerrahi işleme başlamadan 10-15 dakika önce deri altı enjeksiyonlar yoluyla 0.05 mg / kg'da buprenorfin ve 2 mg / kg'da meloksikam kullanarak cerrahi öncesi analjezi uygulayın.
  2. Solunan izofluran ile intracerrahi anestezi yapın: indüksiyon sırasında temiz havada% 5'te başlatın ve% 3'te tutun. Bir sıçan odasında anesteziyi indükleyin ve ameliyat sırasında konik bir burun adaptasyonu ile izofluran beslemesini koruyun.

2. Ameliyat için hazırlık

  1. Anestezi uygulanan hayvanın vücut ısısını bir rektal prob ile ölçün ve cerrahi prosedür boyunca termal destek için elektronik olarak kontrol edilen bir ısıtma yastığı kullanın. Kornea kuruluğunu önlemek için ameliyat başlamadan önce göz merhemi uygulanmalıdır.
    NOT: Gerekirse, göz kuruluğu kontrol edildikten sonra merhem tekrar uygulanmalıdır.
  2. Saçları elektrikli tıraş makinesiyle düzeltin ve kalan tüyleri gidermek için tüy dökücü krem uygulayın.
  3. Diz cildini steril sürüntüler kullanarak iyot ve %70 (h/h) etanol şeklinde temizleyerek, insizyon hattının içinden başlayıp geri çekilmeden dışa doğru hareket ettirerek aseptik bir cerrahi alan elde edin. En az üç ardışık temizleme rotasyonu gerçekleştirin (iyot-etanol-iyot).
  4. Hayvanın üzerine steril bir fenestre cerrahi örtü yerleştirerek ve bacağı merkezi açıklıktan açığa çıkararak ameliyat alanını izole edin (Şekil 1).

3. Cerrahi

  1. Cerrahi maruziyet
    1. Kemiği ortaya çıkarmak için metafiz bölgesinde, tibianın anteromedial yüzünün proksimal sınırı boyunca dikey olarak yaklaşık 1 cm uzunluğunda tam kat bir cilt kesisi yapın (Şekil 2).
    2. Kesi yaparken bacağı stabilize edin ve cildi alttaki kemiğe doğru gergin bir şekilde çekin, böylece temiz bir kesi doğru yerde kalır. Beklenen hafif kanamayı tuzlu su çözeltisine batırılmış bir kompres ile temizleyerek yönetin (Şekil 2).
      NOT: Sıçan derisi ince ve sarkık veya gevşektir. Cildin stabilizasyonu çok önemlidir ve gereklidir.
    3. Küçük periosteal asansörler kullanarak dokuyu kemikten tamamen ayırın (Şekil 3).
    4. Tibialis kranialis kası, gracilis ve gastroknemius lateral kafa kasının, tibianın medial yönünün arka sınırında, kemiğe sıkıca yapışmış fibröz beyaz bir doku olarak yerleştirilmesi tanımlanana kadar kemiği açığa çıkarın (Şekil 3).
      NOT: İmplantın, sıçanın boyutundan bağımsız olarak tüm numune boyunca benzer özelliklere ve uyaranlara sahip bir kemik bölgesine yerleştirilmesini sağlamak için bu kas yerleştirme grubunu tanımlamak önemlidir.
  2. Delme işlemi
    1. Delme işlemine, herhangi bir kas yaralanmasından kaçınarak, tibialis kranialis kası, grasilis ve gastroknemius lateral kafa kasının yerleştirilmesine bitişik olarak, proksimal tibial tepe ile tibia kemiğinin medial yüzünün arka sınırı arasındaki doğru bölgeden başlayın.1
      NOT: Doğru konum tibial platodan 5 mm ± 2 mm uzakta olmalıdır.
    2. 20:1 redüksiyon kontra açısına sahip cerrahi bir elektrik motoruyla 20 °C'ye yakın bir sıcaklıkta tuzlu solüsyon sulaması altında maksimum 150 rpm (devir/dk) ile delin.
      NOT: Sadece iki matkap gerekliydi.
    3. Tuzlu su çözeltisi sulaması altında 2,4 mm derinlikte bir mızrak pilot matkabı (Şekil 4) ile başlayın.
      NOT: Her matkabın en fazla 10 kullanımı vardı.
    4. İkinci bir matkap olarak, (Şekil 4) tuzlu su çözeltisi altında 2.4 mm çapında 1.6 mm derinlikte bir büküm tasarımlı matkap kullanın.
      NOT: Her matkabın en fazla 10 kullanımı vardı.
  3. İmplant yerleştirme
    1. İmplantı, 20:1 redüksiyon kontraj açısına bağlı bir ara parça (Şekil 5) ile yerleştirin.
    2. İmplantı yerleştirmeden önce, implantı 10 saniye boyunca eşzamanlı tuzlu sulama ile ters açıda döndürerek herhangi bir kalıntı kimyasal sterilanttan temizleyin (Şekil 5).
    3. Titanyum implantı (2 mm uzunlamasına ve 1,8 mm çapında) 20 rpm'de ara parçayı kullanarak gerçek zamanlı tork değerini izlerken yerleştirin ve maksimum yerleştirme torkunu kaydedin.
      NOT: Son matkap ile implant arasındaki farkın yanı sıra implantın silindirik profili nedeniyle implantın yerleştirilmesinde ilk zorluk beklenir; Bununla birlikte, bu ilk zorluk, implant ilk kortikal kemiğe nüfuz eder etmez hızla normalleşir.
    4. İmplant yerleştirmeyi, yerleştirildiği kortikal kemiği, yani tibianın düz medial yüzünü tamamen geçmeden bitirin.
      NOT: İmplant yerleştirilmesinin son anında, implantın kortikal kemiğin biraz dışında veya yerleştirildiği kortikal kemikle aynı seviyede, yani tibianın düz medial yüzü ile aynı seviyede bırakılması, primer stabiliteyi sağlamak açısından önemlidir (Şekil 6).
  4. Yara kapatma
    1. Kas dokusu sınırlarını 4/0 monofilament sentetik emilebilir sütür (Glisonat) kullanarak basit iç sütürlerle dikin (Şekil 7).
    2. 4/0 monofilament sentetik emilebilir sütür (Glisonat) kullanarak intradermal sütür ile cilt kapatma işlemi gerçekleştirin (Şekil 7).

4. Mikro-CT taraması

  1. Ameliyatı tamamladıktan ve hala genel anestezi altında kaldıktan sonra, uygun implant yerleşimini doğrulamak için bir mikro-BT taraması yapın.
  2. Fareyi ameliyat yatağından çıkarın ve tarama yatağına yerleştirin. Mikro-CT canlı tarama modunu kullanarak ameliyat edilen bacağın yerini belirleyin ve Görüş Alanını implant üzerinde ortalayın.
    NOT: Önerilen toplama parametreleri 5 mm görüş alanı, 0.0001 mmuzamsal çözünürlük 3, 50 kV, 200 μA ve 3 dakikalık çekim süresidir.
  3. Tarama yapıldıktan sonra, adım 5.2.1'e göre implantın proksimal yönü ile tibial platonun yüzeyi arasındaki doğru mesafeyi onaylayın.
    NOT: Bu değer, tekniğin standardizasyonu için yardımcı olacaktır (Şekil 8).

5. Ameliyat sonrası bakım

  1. Görüntüleme alımını takiben, fareyi kafesine geri koyun ve tamamen iyileşene kadar izleyin.
    NOT: Bu, hayvan modeline bağlı olarak yaklaşık 5-10 dakika sürer. Diyabetik sıçanların diyabetle ilişkili metabolik değişiklikler nedeniyle daha uzun süre anestezi altında kalması ve daha uzun bir iyileşme süresine sahip olması beklenmektedir.
  2. Her 6-8 saatte bir buprenorfin (0.1 mg / kg) ve her 24 saatte bir meloksikam (5 mg / kg) deri altından 72 saate kadar uygulayın.
  3. Sütür alma süresi
    1. Cerrahi yarayı enfeksiyon, sütür bütünlüğü veya diğer sorunlar açısından günlük olarak inceleyin ve gerekirse ameliyattan 15 gün sonra dikiş kalıntılarını çıkarın.

6. Ötenazi

  1. Ulusal Sağlık Enstitüleri (NIH) yönergelerine göre, implantasyon süresinden sonra (4 hafta veya 12 hafta) oda hacminin/dakikasının %30-70'i kadar bir CO 2 doldurma oranı ile bir CO2 odası kullanarak hayvanlara ötenazi yapın.

7. Ameliyat sonrası analiz

  1. Her iki model için de (osteoporoz ve diyabet), daha fazla analiz için ötenaziden sonra dezartikülasyon yoluyla tibiayı çıkarın.
    NOT: Mikro-BT analizi ile ilgili olarak, veriler kemik-implant temasının (BIC) hesaplanmasına izin verdi. BT edinimi daha önce tarif edilen parametreler kullanılarak gerçekleştirildi ve BIC analizi, kemik alanının (mm2) kortikal bölgede hesaplanan implant alanına (mm2) bölünmesiyle gerçekleştirildi ve literatürde daha önce açıklanan bir protokole uyarlandı18. Her model, osteoporoz (Şekil 9) ve diyabet (Şekil 10) için temsili görüntüler gösterilmiştir.

Sonuçlar

Cerrahi aşama
Bu çalışmada kullanılan her iki hayvan modelinin de indüklenen hastalıklar nedeniyle belirli kısıtlamalar sunduğunu belirtmek önemlidir. Sert ve yumuşak dokuların manipülasyonu ile ilgili bu kısıtlamalar cerrahi işlem sırasında yansıtılır.

Diyabetik modelde, sıçan daha büyüktür ve cerrahi prosedürler sırasında bacakları stabilize etmeyi zorlaştırır. Bu, ameliyat süresini ve dolayısıyla daha uzun bir iyileşme süresi gerektiren ve dolayısıyla ameliyat sonrası dönemde daha fazla dikkat gerektiren anestezi süresini artırır.

Osteoporotik modele gelince, gereksinimler çok farklıydı, kemik manipülasyonu sırasında daha konsantre oluyordu. Bu durumda, delme işlemi sırasında daha fazla kanama gözlemlemek mümkündür. Ayrıca implant yerleştirme işlemi de daha zor bir hale gelir. Kemikte küçük çatlaklar, implantın girişi sırasında ilerlemesini değiştirme ve implantın yan duvarlarında kemik direncinin olmaması nedeniyle daha kararsız hale getirme gibi bazı komplikasyonlar ortaya çıkabilir. Bu sınırlama, yerleştirme sırasında daha fazla manuel basınç ve stabilizasyon gerektirir, bu da implantın doğru konumlandırılması sağlanana kadar kontrolü zorlaştırır.

Maksimum implant yerleştirme torku ile ilgili olarak, iki hastalık için nispeten farklı değerler gözlenmiştir (Tablo 1). Genel olarak, osteoporotik model için gözlenen maksimum ortalama yerleştirme torku, diyabetik modelden daha yüksekti. Bu sonuçlarla, diyabetin kemik yoğunluğu ve implant yerleştirilmesine karşı kemik direnci üzerindeki etkisini anlamak ilginçtir, çünkü bu durum osteoporoza kıyasla kemiğin mekanik özellikleri üzerinde daha ciddi bir etkiye sahip gibi görünmektedir.

Ameliyat sonrası analiz
İmplantasyondan 4 hafta ve 12 hafta sonra titanyum implantların yeterli yerleşimi mikro-BT görüntüleme ile analiz edildi. Hem osteoporotik (Şekil 9) hem de diyabetik (Şekil 10) sıçanlar için temsili görüntüler sağlanmıştır. Genel olarak, implantlar kortikal ve trabeküler tibia yoluyla doğru bir şekilde implante edildi, kortikal kısım ile yakın ve sürekli temas gösterdi ve herhangi bir iltihaplanma veya advers reaksiyon belirtisi olmadan, böylece her iki patoloji modeli için de cerrahi protokolün başarısını kanıtladı.

Toplu olarak, görüntülerin analizi, kortikal bölgede V (BIC) olarak adlandırılan kemik alanı (mm2) ile implant alanı (mm2) oranının hesaplanmasına ve cerrahi prosedürün performansının zaman içinde ve modeller içinde karşılaştırılmasına da izin verdi. Şekil 11'de gösterildiği gibi, V(BIC) değerleri osteoporotik model için 4 hafta ve 12 haftada sabit kalmıştır, bu da implantın zaman içinde stabil bir entegrasyonunu gösterir ve kemikle yakın bir bağlantının 4 haftada zaten sağlandığını vurgular. Dikkat çekici bir şekilde, diyabetik model için çok benzer değerler elde edildi, böylece her iki patoloji modeli için çalışma protokolünün yeterliliği gösterildi.

figure-results-1
Şekil 1: Cerrahi alan. Sıçanın doğru pozisyonunu ve müdahale edilecek alanın maruziyetini gösteren cerrahi alan, işlem sırasında anestezinin sürdürülmesi için konik adaptörün hava yollarına adaptasyonu ve müdahale için gerekli aletler. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

figure-results-2
Şekil 2: Cerrahi insizyon. Sıçanın pençesinin doğru şekilde stabilizasyonu ve aynı zamanda doğru bir insizyon elde etmek için ince hareketli cildin sabitlenmesi. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

figure-results-3
Şekil 3: Kemik maruziyeti ve kas yerleştirme Tanımlaması. Sol taraf: Kemik maruziyeti ile sonuçlanan dokuların tamamen ayrılması. Tibialis cranialis kası, gracilis ve gastroknemius lateral kafa kaslarının yerleştirilmesine zarar vermesini önlemek ve korumak için, sağ taraftaki şekilde görülebilen, kemiğe sıkıca yapışmış fibröz beyaz dokuyu doğru bir şekilde tanımlamak önemlidir. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

figure-results-4
Şekil 4: Delme sırası. Delme işlemi sırası, soldaki mızrak pilot matkabı ile başlar ve ardından sağdaki burgulu matkapla devam eder. İstikrarlı ve güvenli bir delme prosedürü sağlamak için, delme sırasında hem bacak hem de yumuşak doku stabilizasyonunu korumak önemlidir. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

figure-results-5
Şekil 5: İmplant yerleştirme hazırlığı. İmplant 20 rpm'de dönerken implant bir salin solüsyonu ile temizleme işlemine tabi tutulmak üzere bir ara parça üzerine yerleştirilir. Bu ara parça, implantın elektronik bir cihaz ile kemik içine yerleştirilmesini sağlar. Bu cihaz, implant yerleştirme hızının kontrolünü sağlar ve gerçek zamanlı yerleştirme torkunu kaydeder. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

figure-results-6
Şekil 6: Titanyum implant yerleştirilmesi. İmplantın kemik içine yerleştirilmesi, kemiğin ön-medial yüzünün proksimal sınırından uzağa, medial kemiğin düz yüzüne yerleştirilmesini gerektirir. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

figure-results-7
Şekil 7: Yara kapanması. Yaranın kapatılması için adımlar 2 farklı düzlemde gözlenir. Solda: İlk, daha derin düzlem, kas dokusunun kenarlarına yaklaşmak için basit dikişlerle yapılır. Sağ: İkinci, daha yüzeysel düzlem, düğümün dışsal bir pozisyonda olmasını önlerken cilde yaklaşmak için intradermal bir sütür ile gerçekleştirilir. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

figure-results-8
Şekil 8: Cerrahi işlem sonrası implant yerleştirmenin mikro-BT taraması. Şekil, sıçanın Mikro-CT tarayıcıdaki konumunu göstermektedir ve implant pozisyonunun görüntüleri, sırasıyla x-, y- ve z-görünümlerine karşılık gelen üç bölüme ayrılmıştır. İmplant, farklı görünümlerde kırmızı bir okla işaretlenir. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

figure-results-9
Şekil 9: Osteoporotik bir sıçanın kaval kemiğine yerleştirilen bir implantın mikro-BT taraması. (A) 4 hafta ve (B) 12 hafta implantasyondan sonra osteoporotik sıçanların tibialarına yerleştirilen titanyum implantların temsili cerrahi sonrası mikro-BT görüntüleri. Her görüntü, sırasıyla x, y ve z görünümlerine karşılık gelen üç bölüme ayrılmıştır. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

figure-results-10
Şekil 10: Diyabetik bir sıçanın kaval kemiğine yerleştirilen bir implantın Mikro-BT taraması. (A) 4 hafta ve (B) 12 hafta implantasyondan sonra osteoporotik sıçanların tibialarına yerleştirilen titanyum implantların temsili cerrahi sonrası mikro-BT görüntüleri. Her görüntü, sırasıyla x, y ve z görünümlerine karşılık gelen üç bölüme ayrılmıştır. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

figure-results-11
Şekil 11: Kemik-implant teması (BIC) analizi. İmplantasyondan 4 hafta (4 w) ve 12 hafta (12 w) sonra osteoporotik (Osteo) ve diyabetik (Diab) modeller için mikro-BT görüntülerinden kemik alanı (mm2) *100/ implant alanı (mm2) olarak hesaplanan V(BIC) değerleri. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

Maksimum implant yerleştirme torku [N·cm]
ModelSağ bacakSol bacak
Osteoporoz6,11 ± 0,966,49 ± 1,34
Diyabet4,79 ± 1,704,90 ± 1,76

Tablo 1: Maksimum yerleştirme torku. Diyabetik sıçanlar ve osteoporotik sıçanlar arasında implant yerleştirilmesi sırasında elde edilen maksimum tork değerlerindeki farklılıklar. Diyabetik sıçanlar, osteoporotik sıçanlara göre daha düşük maksimum tork değerleri sunar.

Tartışma

Sıçan, osseointegrasyonu incelemek için yaygın olarak kullanılan bir model olmasına rağmen, implantları uygun şekilde yerleştirmek için tekrarlanabilir bir cerrahi tekniği tanımlamak ve tanımlamak önemlidir. Böyle bir teknik, bilim camiası için bir rehber görevi görebilir. Ayrıca, osteoporoz ve diyabet gibi bazı hastalıkların kemik metabolizmasını değiştirmesi, cerrahi prosedürlerin doğru şekilde tasarlanması için daha güçlü talepler anlamına gelir. Sıçan, hem osteoporozun (spontan ve düşük etkili kırıklar) hem de diyabet ve diyete bağlı obezitenin temel özelliklerini pahalı özel tesisler ve uzun, pahalı deneyler ve ameliyat sonrası kontrol ve bakım gerektirmeden sunduğu için diğer hayvan modelleriyle olumlu bir şekilde karşılaştırılır19. Sıçanın küçük boyutu, yüksek doğurganlığı ve kısa ömrü, hayvan deneylerinin üç R gereksinimini (değiştirme, azaltma ve iyileştirme) karşılarken büyük ölçekli, zaman açısından verimli deneyleri kolaylaştırır20.

Alandaki önemli miktarda bilimsel literatüre rağmen, ayrıntılı cerrahi teknikleri tanımlayan sadece birkaç bilimsel makale vardır. Yine de, büyük çoğunluk önemli cerrahi bilgileri atlıyor ve böylece açıklanan tekniklerin tekrarlanması olasılığını engelliyor.

Bu cerrahi protokolde, insizyonun yeri, delme ve implant yerleştirme için kesin konum, delme tekniği, implantın tam boyutları ve implant yerleştirme için kullanılan son matkap gibi cerrahi prosedür boyunca birkaç kritik adımın dikkate alınması gerekir.

Literatürde, insizyonun tam yeri genellikle kesin değildir ve yerleştirilmesi için bilimsel bir temelden yoksundur. Kesi, implant yerleştirme işleminden farklı bir bölgede yapılmalıdır. İmplantın üzerinde ayrılan periostun bütünlüğünü korumak için insizyonun ve ardından gelen dikişin doğrudan implante edilen alanın üzerine yerleştirilmesinden kaçınmak önemlidir. Tam kalınlıktaki flebin insizyonu ve ilk ayrılması, kan akışını bozabilir ve periosteuma zarar verebilir, bu da diğer çalışmalarda gözlemlendiği gibi, potansiyel olarak yeni kemik oluşumu sırasında periost hücre aktivitesinde bir bozukluğa yol açabilir21. Bu yaklaşım, implant çevresi kemik oluşumunu optimize etmeyi ve travmayı, kötü iyileşmeyi, fibrozu veya sütür bölgesinde bakteri kolonizasyonu riskini en aza indirmeyi amaçlar. Bu yöntemde kesi detaylandırılır ve proksimal tibial krestte yapılır ve implant yerleştirme yerinin hemen üzerinde olmadığından emin olunur.

İmplantın yerleştirileceği bölgeyi belirlerken, numune boyunca tek tip kemik yoğunluğu sağlamak çok önemlidir. Tipik olarak, ölçümler tibial platoya atıfta bulunur. Sıçanlar arasındaki uzunlamasına boyut varyasyonu göz önüne alındığında, implantları aynı bölgeye tutarlı bir şekilde yerleştirmek için anatomik bir referans gereklidir. Bu yöntemde, tibialis cranialis, gracilis ve gastrocnemius lateral kafa kaslarının yerleştirilmesine bitişik alan güvenilir bir anatomik referans görevi görür. Kas eklemeleri ile karakterize edilen bu bölgenin, numune boyunca homojen kemik yoğunluğu sergilemesi beklenir.

Delme yöntemini tartışırken, matkap(lar)ın tipi/boyutları, delme hızı (genellikle rpm cinsinden ölçülür) ve tuzlu su çözeltisinin sıcaklığı hakkında doğru ayrıntılar sağlamak çok önemlidir. Bu faktörler, delme ile indüklenen nekrotik reaksiyonlara odaklanan çeşitli çalışmalarda vurgulandığı gibi, geniş bir nekrotik alanın ve ardından fibröz doku oluşumunun önlenmesinde esastır22,23. Bununla birlikte, bazı makaleler sondaj yöntemlerinde bu biyolojik sınırları24 aşarken, diğerleri bu önemli bilgiyi tamamen atlamaktadır 4,25,26,27,28. Bu çalışma, cerrahi travma ve doku nekrozunu azaltmak için delme işlemleri sırasında alınan titiz önlemleri vurgulamaktadır. Tuzlu su çözeltisi olmadan bile kemik sıcaklığı açısından güvenli kabul edilen bir seviye olan 150 rpm'de sınırlandırılmış bir hıza sahip bir güvenlik delme prosedürü seçtik. Bu yaklaşım delme hızı açısından etkilidir ve prosedür sırasında iyi bir matkap kontrolü sağlar29,30. Ek olarak, olası termal etkileri daha da azaltmak için yaklaşık 20 °C'de tuzlu bir solüsyon kullanarak sulama ve soğutmayı sürdürdük.

Sıklıkla atlanan bir diğer ilgili bilgi de kullanılan implantın boyutudur. Bu ihmal, son matkabın boyutu ile implantın boyutu arasındaki ilişkiyi yorumlamayı imkansız hale getirir. Bu tutarsızlık, implantın stabilitesinin değerlendirilmesinde çok önemlidir, bu da bir eksiklikte instabiliteye yol açabilirken, aşırı basınçta aşırı basınca ve iskemik-nekrotik reaksiyona neden olabilir.

Birincil stabilitenin elde edilebilmesi için, son matkap ile implant arasında küçük bir çap farkı olması ve implantın çapının biraz daha büyük olması gerektiğine dikkat etmek çok önemlidir. Primer stabiliteyi elde etmek için bu kritik cerrahi parametre literatürde her zaman tutarlı değildir, çünkü bazı metodolojiler yerleştirilen implanttan daha büyük bir çapa sahip son bir matkap içerir4. Bu bölgenin kas eklemeleri ile karakterize olduğu göz önüne alındığında, numune boyunca homojen ve sağlam bir kemik yoğunluğu beklenir. Bu özellik, sıçan tibial müdahaleleri için bildirilen birincil sınırlamadan, yani tibianın zaman içinde uzunlamasına büyümesinden kaçınmaya yardımcı olur31. Ek olarak, bu yöntem, komplikasyonların ve müteakip morbiditenin nedenlerinden birini ele alarak sıcaklık kontrolüne izin verir23. Bununla birlikte, diğer çalışmalara benzer şekilde, bu çalışma da tibia boyutundaki 4,17 varyasyonlar nedeniyle cihazı uyarlama ihtiyacı ile ilgili bir sınırlama ile karşı karşıyadır.

Kullanılan hayvan sayısı ile ilgili bir diğer husus da uygun bir örneklem büyüklüğünün seçilmesinin önemidir. Bu, hayvan kullanımını en aza indirirken araştırma sonuçlarının etkisini en üst düzeye çıkarmak için çok önemlidir. Böyle bir strateji sadece çalışmaların verimliliğini ve güvenilirliğini artırmakla kalmaz, aynı zamanda bilimsel araştırmalarda etik hususları da vurgular. Bu verimliliği optimize etmek için sürekli çaba gösterilmelidir.

Özetle, mevcut yöntem tüm cerrahi prosedürlerin ayrıntılı bir tanımını sağlar ve her iki hastalıkta da çeşitli cerrahi zorlukların gözlemlenmesine izin verir. Ayrıca, bu protokol geçerli bir yöntem olarak öne çıkmaktadır çünkü kemikle doğrudan temas eden tüm örneklerde stabil V(BIC) değerleri elde edilmiştir. Bununla birlikte, literatürdeki deneysel çalışmaların çoğundan, ayrıntılı ve gerekçelendirilmiş bir teknik sunarak farklıdır ve böylece kesin çoğaltmaya izin verir. Sonuç olarak, kemik yoğunluğunu etkileyenler de dahil olmak üzere çeşitli hastalıklarda farklı implant yüzeylerinin etkisini incelemek için kullanılabilir.

Açıklamalar

Bu bilimsel makale ile ilgili herhangi bir çıkar çatışması olmadığını beyan ederiz.

Teşekkürler

Yazarlar, PID2020-114019RBI00 ve PID2021-125150OB-I00 projeleri aracılığıyla mali destek için İspanyol Devlet Araştırma Ajansı'na teşekkür eder.

Malzemeler

Bu makalede kullanılan malzemelerin listesi
AdŞirketKatalog numarasıYorumlar
22 G iğneler + A2: C30TerumoNN-2238R
4/0 monofilament sentetik emilebilir sütürBraun (MonoSyn)
5 mL, 10 mL şırıngaBraun4617100V-02 4606051V
Adson forsepsAntã o TıbbiRef: A586
BBDR (Biyoüreme Diyabete Dirençli) Sprague Dawley RatsJanvier Labs
BetadineMylan
BuprecareAnimalcare (İngiltere)
Castroviejo Kumpas 0-40 mm 15 cm açılıUL Industries
Castroviejo İğne TutucuAntã o TıbbiRef: AM1702
Diş cerrahisi makası kavisli ve düzAntã o TıbbiAMA603 / AMA600
Elektrikli tıraş makinesiOster Pro 3000i34264482227
Ekstra İnce Graefe ForsepsFSTRef: 11150-10
Gazlı bez pedleriCOVIDIEN441001
GlukometreMenarini (İtalya)
Helicoidal Matkap / OSTEO-PIN DRILL & Oslash; 1,6 mmsoadcoRef. OS-8001
İmplantlar / VİDALI OSTEO-PIN & Oslash; 1,8 x 2,0 mmsoadcoRef. OS-3
Isoflo LeVet Pharma (Hollanda)
Lance pilot matkap / Lanceolate Drill (DS)soadcoRef. 10 02 01 T
Lateks eldivenler - Steril cerrahi eldivenlerHartmannRef: 9426495
Lucas Cerrahi KüretAntã o TıbbiRef: AMA940-3
MetacamBoehringer Ingelheim (Almanya)
Mikro forseps düznopaRef: AB 542/12
Mikro-CT taraması ( Quantum Fx microCT )Perkin Elmer (ABD)
Osteoporotik Sprague Dawley dişileri SıçanlarJanvier Labs
Periosteal asansör -  Molt 2-4Karınca ve atilde; o TıbbiRef: A1564
Sulama için fizyolojik çözümHygitechRef:10238
Neşter Bıçağı Karbon Çelik 15CRazor MedRef: 02846
Steril Gazlı Bez SwablarAlledentalRef: 270712
Steril Sulama sistemiHygitechRef:HY1-110001D
Steril havlular (hayvan başına 1 adet)Dinarex4410
Cerrahi angldruvalı el aletiW& HRef: WS-75 LED G
Cerrahi angldruvalı el aletiW& HSN 08877
Cerrahi angldruvalı el aletiW & HSN 01309
Cerrahi Elektrik MotoruWH İmplantmed Tip: SI-1023  Ref: 30288000
Cerrahi neşter sapıAsaDentalRef: 0350-3
Havlu kelepçeleriXelpov cerrahiAF-773-11
Ultrasonik cihazJ.P. Selecta, Abrera, İspanya

Kaynaklar

  1. Turner, R. T., et al. Animal models for osteoporosis. Rev Endocr Metab Disord. 2 (1), 117-127 (2001).
  2. Jee, W. S., Yao, W. Overview: Animal models of osteopenia and osteoporosis. J Musculoskelet Neuronal Interact. 1 (3), 193-207 (2001).
  3. Kim, B. T., et al. The structural and hormonal basis of sex differences in peak appendicular bone strength in rats. J Bone Miner Res. 18 (1), 150-155 (2003).
  4. Alenezi, A., Galli, S., Atefyekta, S., Andersson, M., Wennerberg, A. Osseointegration effects of local release of strontium ranelate from implant surfaces in rats. J Mater Sci Mater Med. 30 (10), 116(2019).
  5. Blanc-Sylvestre, N., Bouchard, P., Chaussain, C., Bardet, C. Pre-clinical models in implant dentistry: Past, present, future. Biomedicines. 9 (11), 1538(2021).
  6. Schliephake, H., et al. Functionalization of titanium implants using a modular system for binding and release of VEGF enhances bone-implant contact in a rodent model. J Clin Periodontol. 42 (3), 302-310 (2015).
  7. Mafra, C. E. S., et al. Effect of different doses of synthetic parathyroid hormone (1-34) on bone around implants: A preclinical rat model. Braz Dent J. 30 (1), 43-46 (2019).
  8. Rybaczek, T., Tangl, S., Dobsak, T., Gruber, R., Kuchler, U. The effect of parathyroid hormone on osseointegration in insulin-treated diabetic rats. Implant Dent. 24 (4), 392-396 (2015).
  9. Zou, G. K., et al. Effects of local delivery of bfgf from plga microspheres on osseointegration around implants in diabetic rats. Oral Surg Oral Med Oral Pathol Oral Radiol. 114 (3), 284-289 (2012).
  10. Zhang, J., et al. Effect of nerve growth factor on osseointegration of titanium implants in type 2 diabetic rats. Int J Oral Maxillofac Implants. 31 (5), 1189-1194 (2016).
  11. Kuchler, U., et al. Intermittent parathyroid hormone fails to stimulate osseointegration in diabetic rats. Clin Oral Implants Res. 22 (5), 518-523 (2011).
  12. Hashiguchi, C., Kawamoto, S., Kasai, T., Nishi, Y., Nagaoka, E. Influence of an antidiabetic drug on biomechanical and histological parameters around implants in type 2 diabetic rats. Implant Dent. 23 (3), 264-269 (2014).
  13. Han, Y., et al. Sustained topical delivery of insulin from fibrin gel loaded with poly(lactic-co-glycolic acid) microspheres improves the biomechanical retention of titanium implants in type 1 diabetic rats. J Oral Maxillofac Surg. 70 (10), 2299-2308 (2012).
  14. De Molon, R. S., et al. Impact of diabetes mellitus and metabolic control on bone healing around osseointegrated implants: Removal torque and histomorphometric analysis in rats. Clin Oral Implants Res. 24 (7), 831-837 (2013).
  15. Simon, M. M., et al. A comparative phenotypic and genomic analysis of c57bl/6j and c57bl/6n mouse strains. Genome Biol. 14 (7), R82(2013).
  16. Cirano, F. R., et al. Effect of curcumin on bone tissue in the diabetic rat: Repair of peri-implant and critical-sized defects. Int J Oral Maxillofac Surg. 47 (11), 1495-1503 (2018).
  17. De Oliveira, M. A., et al. The effects of zoledronic acid and dexamethasone on osseointegration of endosseous implants: Histological and histomorphometrical evaluation in rats. Clin Oral Implants Res. 26 (4), e17-e21 (2015).
  18. Vandeweghe, S., Coelho, P. G., Vanhove, C., Wennerberg, A., Jimbo, R. Utilizing micro-computed tomography to evaluate bone structure surrounding dental implants: A comparison with histomorphometry. J Biomed Mater Res B Appl Biomater. 101 (7), 1259-1266 (2013).
  19. Kleinert, M., et al. Animal models of obesity and diabetes mellitus. Nat Rev Endocrinol. 14 (3), 140-162 (2018).
  20. Grimm, H., et al. Advancing the 3Rs: Innovation, implementation, ethics and society. Front Vet Sci. 10, 1185706(2023).
  21. Melcher, A. H. Role of the periosteum in repair of wounds of the parietal bone of the rat. Arch Oral Biol. 14 (9), 1101-1109 (1969).
  22. Barrak, I., et al. Heat generation during guided and freehand implant site preparation at drilling speeds of 1500 and 2000 rpm at different temperatures: An in vitro study. Oral Health Prev Dent. 17 (4), 309-316 (2019).
  23. Kniha, K., et al. Effect of thermal osteonecrosis around implants in the rat tibia: Numerical and histomorphometric results in context of implant removal. Sci Rep. 12 (1), 22227(2022).
  24. Da Silva, J. P., et al. Apoptosis in bone defect of diabetic rats treated with low intensity laser: Radiological and immunohistochemical approach. International Journal of Morphology. 35, 178-183 (2017).
  25. Zeller-Plumhoff, B., et al. Analysis of the bone ultrastructure around biodegradable Mg-χGd implants using small angle X-ray scattering and X-ray diffraction. Acta Biomater. 101, 637-645 (2020).
  26. Bruns, S., et al. On the material dependency of peri-implant morphology and stability in healing bone. Bioact Mater. 28, 155-166 (2023).
  27. De Morais, J. A., et al. Effect of diabetes mellitus and insulin therapy on bone density around osseointegrated dental implants: A digital subtraction radiography study in rats. Clin Oral Implants Res. 20 (8), 796-801 (2009).
  28. Aydemir Celep, N., Kara, H., Erbas, E., Dogan, E. Radioprotective role of amifostine on osteointegration of titanium implants in the tibia of rats. J Vet Sci. 24 (3), 35(2023).
  29. Delgado-Ruiz, R. A., et al. Slow drilling speeds for single-drill implant bed preparation. Experimental in vitro study. Clin Oral Investig. 22 (1), 349-359 (2018).
  30. Abdel Motagly, M., El Khadem, A., Abdel Rassoul, M. Assessment of low-speed drilling without irrigation, versus convencionaldrilling with irrigation regarding heat generation and peri-implant marginal bone loss (randomised clinical trial). Alex Dent J. 46 (2), 33-38 (2021).
  31. Lelovas, P. P., Xanthos, T. T., Thoma, S. E., Lyritis, G. P., Dontas, I. A. The laboratory rat as an animal model for osteoporosis research. Comp Med. 58 (5), 424-430 (2008).

Yeniden basım ve izinler

Bu JoVE makalesinin metnini veya şekillerini yeniden kullanmak için izin iste

İzin iste

Etiketler

S an Tibia ModeliCerrahi TeknikDiyabet ModeliOsteoporoz ModeliOsseointegrasyonmplant Di Hekimli iTitanyum mplantKortikal KemikYumu ak Doku Manip lasyonu

İlgili makaleler