Yöntem makalesi

Yük taşıyan bölgelerde kemik ikamesi performansını değerlendirmek için sıçanlarda yarı-segmental diyafizal kemik defekti modeli

DOI:

10.3791/69211

⸱

30 Aralık 2025

 ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  , 
1State Key Laboratory of Oral Diseases & National Center for Stomatology & National Clinical Research Center for Oral Diseases, West China Hospital of Stomatology, Sichuan University, 2Department of Cariology and Endodontics, West China Hospital of Stomatology, Sichuan University, 3Department of Jinjiang Outpatient, West China Hospital of Stomatology, Sichuan University

Bu makalede

Özet

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Bu çalışma, kemik ikame malzemelerinin mekanik ve osteojenik performansını dahili veya dış fiksasyon kullanmadan, yük taşıyıcı koşullarda değerlendirmek için sıçan femur yarı-segmental defekt modeli oluşturmuştur.

Özet

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Kemik ikame malzemelerinin doğru preklinik değerlendirmesi, sadece doku yenilenmesini desteklemekle kalmayıp, aynı zamanda fizyolojik yük taşıyıcı koşulların mekanik zorluklarını da yansıtan modelleri gerektirir. Ancak, çoğu geleneksel hayvan kemiği kusuru modeli bu konuda yetersiz kalır. Örneğin, kalvarial kusur modelleri yaygın olarak kullanılsa da, yük taşımayan bölgelerde oluşturulur. Benzer şekilde, uzun kemiklerdeki delik veya kısmi kusurlar esas olarak lokal iyileşmeye odaklanır ve mekanik desteği değerlendirmek için yeterli yük transferi yoktur. Bu çalışma, sıçan femurunda kemik ikame malzemelerinin hem mekanik hem de biyolojik performansını fiksasyon cihazları kullanılmadan yük taşıyıcı bağlamda değerlendirmek için standartlaştırılmış yarı-segmental diyafizal kemik kemik defekti modeli oluşturdu. Yüksek hızlı bir el cihazı ve özel silindirik diş çapağı kullanılarak, femurun yan orta şaftında 4 mm uzunluğunda ve 1,5 mm yarıçaplı yarı silindirik bir kusur oluşturuldu. Farklı özelliklere sahip iki temsilci malzeme — Jelatin metakriloyl (GelMA) hidrojeli ve 3D baskılı polimetil metakrilat (3DP-PMMA) — modelin malzemelerin mekanik özelliklerini ayırt etme kapasitesini doğrulamak için implante edildi. İmplantasyon sonrası 4 hafta sonra yapılan radyografik, histolojik ve immünüloresans analizler, yetersiz mekanik destek nedeniyle GelMA implantasyonunun lifli doku baskınlığı ve sınırlı kemik entegrasyonu ile oluşan bir maluniona yol açtığını ortaya koydu. Buna karşılık, 3DP-PMMA yeni kemik oluşumunun, periostal sürekliliğin organizasyonunu ve Piezo tipi mekanosensitif iyon kanalı bileşeni 1-eksprese eden (Piezo1+) ve leptin reseptör ekspresyonlu (LepR+) hücrelerin katılımını kolaylaştırdı. Bu model, biyomalzemelerin yük taşıma kapasitesini, osteoindüktifliği ve osseoentegrasyon potansiyelini değerlendirmek için pratik ve tekrarlanabilir bir platform sağlar. Ortopedik uygulamalar için uzun kemik rekonstrüksiyonu veya kırığın onarımı gibi aday malzemelerin taramasında değerli bir araç olarak hizmet edebilir.

Giriş

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Fizyolojik koşullarda, kemik vücudun yapısal bütünlüğünü ve mekanik işlevini korumada merkezi bir rol oynar. Vücut ağırlığını destekler, hareketi mümkün kılar ve iç organları korur. Kemik, özellikle yük taşıyan bölgelerde travma, tümör rezeksiyonu veya enfeksiyon nedeniyle zarar gördüğünde, mekanik süreklilik bozulur. Bu bozulma genellikle kemik deformasyonu, hareket kabiliyetinin azalması, uzuv dengesizliği, kronik ağrı ve hatta ağır kırlaklar ile kanamadan kaynaklanan hayati tehlike edici sorunlara yolaçar 1,2. Günümüzde, kemik grefti ve biyomalzemeler gibi kemik ikameleri ciddi hasar görmüş kemik dokusunu yerine koymak veya büyük ölçekli kemik kusurlarını onarmak için klinik olarak uygulanmıştır. Benzer şekilde, implante edilen kemik ikamelerinde mekanik performanslarının zayıflaması, implant arızasına yol açabilir ve defektnoktasında birleşmemiş veya hatta felaket kırığa yol açabilir. Hem yapıyı hem de işlevi geri kazandırmak için, kemik ikame malzemeleri sadece kemik yenilenmesini teşvik etmekle kalmayıp, fizyolojik yüke dayanacak kadar mekanik güce sahipolmalıdır 5.

Klinik çeviri öncesi kritik bir adım, biyomateryalin in vivo implantasyonu yapıldıktan sonra, yük taşıyan kemik bölgelerinde yapısal destek için gereken mekanik gereksinimleri karşılayıp karşılayamayacağının gerçekçi değerlendirmesidir. Birçok biyomalzeme in vitro veya küçük, yük taşımayan modellerde umut vaat eden olsa da, klinik uygulamaya aktarılması, in vivo mekanik koşulları simüle eden güvenilir preklinik modellerin eksikliği nedeniyle sıklıkla engellenmektedir. Şu anda kemik kusuru çalışmaları için kullanılan hayvan modelleri arasında mandibulardefektler 6, kalvarialdefektler 7, uzun kemiklerde delmedeliği defektleri 8, ekstraksiyon sonrasıyuvalar 9 ve benzeri yer almaktadır. Bu modeller öncelikle bir malzemenin osteojenik kapasitesini değerlendirir ve histolojik veya radyografik rejenerasyon noktalarınaodaklanır 10,11. Ancak, bu siteler ya yük taşımayan ya da mekanik olarak korunan olduğu göz önüne alındığında, uzun kemiklerde karşılaşılan dinamik gerilme koşullarını taklitedemezler. Mekanik özellikler in vitro tekniklerle, örneğin sıkıştırma veya çekme mukavemeti testleriyle test edilse bile, bunlar in vivo ortamların dinamik yük ve konak dokusu etkileşimlerini tekrarlayamaz13.

Preklinik araştırmalarda büyük bir eksiklik, yük taşıyıcı koşullarda kemik ikamelerinin in vivo mekanik olarak değerlendirilmesine olanak tanıyan standartlaştırılmış, tekrarlanabilir bir hayvan modelinin eksikliğidir. Bunu çözmek için mevcut çalışma, farelerde yarı-segmental diyafizal kemik defekti modeli oluşturdu. Bu model, yük taşıyan bir bölgede stabil ve tekrarlanabilir bir kusur alanı sağlar; fizyolojik yük altında kemik ikame malzemelerinin mekanik destek kapasitesinin doğrudan değerlendirilmesini sağlarken, aynı zamanda osteojenik sonuçların da değerlendirilmesine olanak tanır. Ayrıca, model çeşitli hayvan türlerine uygulanabilir; kusur boyutu ve konumu kullanılan hayvana göre ayarlanabilir. Buna rağmen, insan kemiklerinin karmaşık biyomekanik ortamını tam olarak taklit edemez ve yalnızca yük taşımayan kusurlar, kranial kemik iyileşmesi veya çok büyük yapısal implantlar üzerine odaklanan çalışmalar için alternatif modeller daha uygun olabilir.

Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.

Protokol

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Bu çalışmada yapılan tüm hayvan prosedürleri, Sichuan Üniversitesi Batı Çin Stomatoloji Okulu Etik Komitesi'nden onay aldı (WCHSIRB-AT-2025-342). Erkek Sprague-Dawley fareleri (her biri 180 g) ticari bir kaynaktan alındı ve implant edilen materyale göre rastgele iki gruba (n = 6 grup) ayrıldı. Reaktifler ve kullanılan ekipmanlar Malzeme Tablosu'nda listelenmiştir.

1. Ameliyat öncesi hazırlık

  1. Cerrahi ürünler
    1. Şekil 1A'ya atıfta bulunan ve şekildeki numaralı etiketlere karşılık gelen cerrahi aletleri şu sırayla hazırlayın: kavisli forseps, tek kullanımlık steril bistüri, düz makas, periostal asansör, sulama iğnesi, özel bir diş elmas buru (Şekil 1B'deki genişletilmiş görünüme bakınız), yüksek hızlı el cihazı, vernier kaliper, cerrahi motor, monofilament dikiş (4-0) ve iğne tutucu.
    2. Sulama için %0,9 steril tuzlu su çözeltisi hazırlayın.
  2. Sterilizasyon ve dezenfeksiyon
    1. Otoklavasyona dayanabilen cerrahi aletleri sterilize edin; bunlar arasında kavisli forseps, makas, periostal asansör, diş elmas buru, yüksek hızlı el cihazı ve iğne tutucu bulunur.
      NOT: Aletler tıbbi dokunmamış kumaşlarla sarılıp, 121-134 °C sıcaklıkta 20-25 dakika boyunca buhar sterilizasyonu için otoklav bantla mühürlenmelidir.
    2. Vernier kaliperleri ve cerrahi motor gibi ısıya duyarlı aletler için dezenfeksiyon için en az 30 dakika ultraviyole ışığa maruz bırakın. Tek kullanımlık steril bistür, sulama iğnesi ve dikişler gibi tek kullanımlık ürünler, kullanılana kadar orijinal steril ambalajlarında kapalı kalmalıdır.
    3. Cerrahi ortamın steril ve sıcaklık kontrollü olduğundan emin olun. Ameliyat tezgahını ve çevresindeki yüzeyleri %75 etanol ile silin. Ameliyat masasını kaplamak için steril, tıbbi kalitede dokunmamış kumaşlar kullanın.
      DIKKAT: Etanol yanıcıdır; Ateşleme kaynaklarından uzak tutun ve kapalı kaplarda saklayın. Etanol atıklarını uygun şekilde bertaraf etmek için belirlenmiş kimyasal atık konteynerlerinde toplayın. Eldiven, laboratuvar önlüğü ve koruyucu gözlük gibi uygun kişisel koruyucu ekipmanlar giyin.
  3. Anestezi
    1. Fareyi tartın ve anestezik dozunu hesaplayın (100 mg/kg ketamin ve 10 mg/kg ksilazin, intraperitoneal).
    2. Ameliyattan 20 dakika önce (kurumsal onaylı protokollere uygun olarak) anestezi başlatın ve parmak sıkışmasına yanıt vermediğini ve düzeltici refleksin kaybını kontrol ederek derinliğini doğrulayın.
    3. İşlem sırasında korneanın kurumasını önlemek için her iki göze de oftalmik merhem uygulayın.

2. Cerrahi işlem

  1. Saha hazırlığı
    1. Fareyi steril cerrahi tezgahın üzerine yan yatan pozisyona yerleştirin. Femur çıkıntısına karşılık gelen yan uyluk bölgesini tıraş edin ve deriyi %2 iyot tentürü ile dezenfekte edin (%75 etanol).
      DIKKAT: İyot tentürü yanıcı ve tahriş edicidir. Eldiven, laboratuvar önlüğü ve koruyucu gözlük takarak iyi havalandırılan bir alanda tutun. Kurumsal güvenlik düzenlemelerine uygun olarak belirlenmiş kimyasal atık konteynerlerinde kullanılmış mendil ve çözeltiler bertaraf edilecektir.
    2. Ameliyat bölgesini steril fenestredilmiş bir örtüyle örtün, böylece asepsi korun.
  2. Cerrahi alanın açılışı
    1. Cerrahi işlem boyunca dokuların stabilizasyonuna, kasların tutulmasına ve femurun nazikçe sabitlenmesine yardımcı olmak için kavisli forseps kullanın (Şekil 2Bb-h).
    2. Alt kasları ortaya çıkarmak için düz bir makasla uyluğun yan tarafında 2-3 cm uzununa bir deri kesisi yapın (Şekil 2Bb).
    3. Rectus femoris ve vastus lateralis kaslarını tanımlayın ve bunları dikkatlice düz bir makas ile görünür beyaz fasya boyunca ( Şekil 2Bb'de sarı ok ile gösterilmiştir) ayırın (Şekil 2Bc).
    4. Femurun yan yüzeyindeki kas tutucularını bulun ve ortaya çıkarın (Şekil 2Bd).
    5. Femoral yüzeye erişim sağlamak için tek kullanımlık steril bir skarpel ile kas bağlantıları boyunca uzunlamasına bir kesi yapın (Şekil 2Be).
      NOT: Yumuşak doku ayrımı için keskin bir diseksiyon (makas veya bistüri kullanarak) yaparken, alttaki kan damarlarına ve sinirlere zarar vermemeye dikkat edin. Anatomik yapılara aşina değilseniz, ince uçlu forseps ve periost asansörü kullanarak küt diseksiyon yapın.
    6. Kas bağlantılarını ayırmak ve femurun orta diafizini tamamen açığa çıkarmak için periost asansörü kullanarak küt diseksiyon yapın (Şekil 2Bf).
    7. Femuru çevresindeki kaslardan daha da ayırın ve kavisli forsepsle uyluk lugunun orta şaftını tutun (Şekil 2Bg).
  3. Yarım-segmental diyafizal kemik defekti modelinin oluşturulması
    1. Düz uçlu silindirik özel diş elması (Şekil 1B) buru, cerrahi motor tarafından çalıştırılan yüksek hızlı el parçasına takın. Cerrahi motoru 35.000 rpm'ye ayarlayın.
    2. Doğrudan görselleştirmede, femoral orta şaftın en yüksek noktasını kusur oluşumunun anatomik merkezi olarak tanımlayın. Bu noktada buru kullanarak dikey olarak aşağıya doğru delin, ani bir direnç kaybı gözlemlenene kadar, defekt içinde kan effuzyonunun ortaya çıkmasıyla birlikte tam kortikal penetrasyon ve meduller boşluğa erişim görülür (Şekil 2Bh).
      NOT: Kortikal kalınlıkta hayvanlar arası değişkenlik göz önüne alındığında, operatörlerin femoral anatomiye aşina olmaları ve bu adımı standartlaştırmak için deney öncesi eğitim yapmaları tavsiye edilir.
    3. Kusuru, ilk penetrasyon noktası etrafında kontrollü yatay itme-çekme hareketleri uygulayarak büyütün. Kusuru boyuna (femoral eksen boyunca) ve yanlara (femoral çapı boyunca) genişleterek kademeli olarak 4 mm uzunluğunda ve 1,5 mm yarıçaplı standartlaştırılmış yarı silindirik bir kusur oluşturun; (Şekil 2Bi, defektin morfolojisi ve konumu için Şekil 2A'ya bakınız).
      NOT: Orta nokta belirlendikten sonra, kademeli kusur büyütmesine yardımcı olmak için vernier kaliper kullanın ve tüm örneklerde eşit boyutlar sağlanır. Özel diş burağının düz uçlu silindirik tasarımı, yarı silindirik kusurla uyumlu olup verimli ve tekrarlanabilir hazırlık imkanı sağlar.
    4. Kemik kesimi sırasında termal nekrozu önlemek için cerrahi bölgeyi steril tuzlu su ile sürekli olarak sulama iğnesi ile sulanın.
  4. Kemik ikame implantasyonu
    1. Kemik kalıntılarını nazikçe çıkarın ve kalan parçacıkları temizlemek için alanı sulayin.
    2. Mekanik performans testi için kusur bölgesine yük taşımayan Jelatin metakriloyl (GelMA) hidrojeller (bkz. Malzeme Tablosu) veya yük taşıyıcı 3D baskılı polimetil metakrilat (3DP-PMMA) implantasyonu, böylece kusursuz bir uyum sağlanır (Şekil 2Bj).
      NOT: Burada kullanılan iki biyomalzeme, mekanik ve biyolojik zıt özellikleri temsil etmek için kasıtlı olarak seçilmiştir: GelMA hidrojel, sınırlı osteojenik potansiyele sahip yumuşak, yük taşımayan bir malzeme olarak hizmet verirken, 3DP-PMMA etkili gerilme iletimi ve kemik oluşumunu destekleyebilen sert, yük taşıyıcı bir iskeleolarak görev görür 14 (Şekil 2A). Bu zıtlık, modelin geniş mekanik dayanıklılık ve biyolojik performansa sahip implantları değerlendirme yeteneğini vurgular ve pratikte, kusur modeli mekanik özelliklere sahip diğer aday malzemeleri test etmek için uygulanabilir.
  5. Cerrahi bölgenin kapatılması
    1. Kas katmanlarını 4-0 monofilament dikişler ve iğne tutucu ile dikin, aşırı gerginlikten kaçınmaya özen gösterin (Şekil 2Bk).
    2. Kesintili dikişlerle cilt kapatma işlemi yapın ve cerrahi bölgeyi %2 iyodofor solüsyolu ile dezenfekte edin (Şekil 2Bl).

3. Ameliyat sonrası bakım

  1. Fareleri, ameliyat sonrası iyileşme için dezenfekte edilmiş, sürekli ısıtma pedine (37 °C) aktarın.
  2. Uygun ameliyat sonrası analjezi uygulanır (örneğin, 48-72 saat boyunca her 12 saatte bir deri altına 0,03 mg/kg buprenorfin verilmelidir).
  3. Fareler bilinci kazandığında, yumuşak yataklı temiz kafeslere yerleştirilin ve kolay yiyecek ile suya erişimi sağlanır.
  4. Ameliyat bölgesini enfeksiyon, açılma veya anormal şişlik belirtileri için günlük olarak izleyin. Ameliyattan sonra en az 7 gün boyunca sıçanların davranışlarını, kilolarını ve hareketliliğini gözlemleyerek iyileşmeyi ve refahlarını değerlendirin.

4. Örnek toplama ve veri toplama

  1. Örnek koleksiyonu
    1. Fareleri karbondioksit soluma ile ötenazi yapın ve ardından ikincil onay (kurumsal onaylı protokollere doğru) uygulanın.
    2. Uyluk kemiği örnekleri, implantasyondan 4 hafta sonra hayvanlarla başlangıçta iki materyal grubuna (n = 6 grup) ayrılarak malzemelerin mekanik performansını değerlendirmek için hasat edilir.
      NOT: GelMA grubunda, ameliyattan kısa süre sonra üç hayvanda tam kırıklar gelişti ve hariç tutuldu; böylece üç örnek sonraki analizler için kullanılabilir kaldı.
    3. Femoral örnekleri %4 paraformaldehit ile 48 saat boyunca 4 °C'de sabitleyin.
      DIKKAT: Paraformaldehit zehirlidir ve sertifikalı bir buhar davlumbazında tutulmalıdır. Eldiven, laboratuvar önlüğü ve koruyucu gözlük veya yüz sikanı takın. Etiketlenmiş tehlikeli kimyasal atık kaplarında atık çözeltilerini bertaraf etmek için toplayın.
  2. Mikro-bilgisayarlı tomografi (μCT) değerlendirmesi
    1. İmplantasyondan 4 hafta sonra toplanan femoral örneklerde aşağıdaki tarama parametreleriyle μCT taraması yapılacaktır: X-ışını tüpü potansiyeli, 70 kVp; X-ışını yoğunluğu 0.2 mA; filtre, AL 0.5 mm; entegrasyon süresi, 1 x 300 ms; ve voxel boyutu, 17 μm.
    2. μCT makine yazılımında sağlanan önceden tanımlanmış betikleri kullanarak 3D yeniden yapılandırma yapın. Kusur noktasının kesitsel görüntülerini özel görüntü işleme yazılımının reslice fonksiyonunu kullanarak oluşturun. İlgili yazılım kılavuzlarında tanımlanan standart iş akışlarını takip edin.
  3. Histolojik boyama
    1. Örnekleri %12 etilen diamintetraasetik asit (EDTA) (pH 7.2) kullanarak 4 °C'de bir shaker üzerinde 6 hafta boyunca kalsifiye edin.
      NOT: EDTA çözümünü her 2 günde bir değiştirin. Kireçsizleşme ilerleyişini düzenli olarak kontrol edin. Numune basınç altında esnekleştiğinde veya bir iğneden geçtiğinde kalsifikasyon tamamlanır.
      DIKKAT: EDTA çözeltilerini sulu kimyasal atıklar için kurumsal yönergelere göre bertaraf edin. Kontamine biyolojik materyal biyotehlike atık olarak muamele edilmelidir.
    2. Örnekleri dereceli etanol seyreltme serisinde kurutun ve ardından parafine gömülür.
    3. Parafinle gömülü örnekleri sagittal olarak 6 μm kalınlığında dilimlere kesin.
      NOT: Bölümlerde implante edilen materyal ile konak dokusu arasındaki arayüzün bulunduğundan emin olun.
    4. Ticari olarak mevcut kitlerle hematoksilin-eozin (H&E) ve Masson trikrom boyama işlemlerini gerçekleştirin ( bkz. Malzemeler Tablosu). Tüm işlemleri üreticinin standart protokollerine uygun olarak hiçbir sapma olmadan gerçekleştirin. Histopatoloji ile kusur bölgesinin iyileşmesini gözlemleyin.
      DIKKAT: Leke çözeltilerini ve kirlenmiş tüketim malzemelerini kurumsal biyogüvenlik ve tehlikeli atık bertaraf protokollerine uygun olarak bertaraf edin.
  4. İmmünofluoresan (IF) boyama
    1. 6 μm kalınlığında parafin kesitlerini bir dizi ksilen ve gradasyonlu etanol çözeltisi kullanarak deparafinize eder ve yeniden hidrelenir.
      DIKKAT: Ksilen yanıcı ve toksiktir. Ksileni eldiven, laboratuvar önlüğü ve koruma gözlüğü takarak buharlı bir kapüşonda kullanın. Atık çözücüleri uygun bertaraf için kimyasal atık konteynerlerinde ayrı ayrı toplayın.
    2. Slaytları sitrat tamponunda (pH 6.0) 95-100 °C sıcaklıkta 15-20 dakika boyunca kuluçka geçirerek antijen toplama işlemi gerçekleştirilir. Sürgülerin doğal olarak oda sıcaklığına soğumasına izin verin.
    3. Bölümleri 5 dakika boyunca fosfatlı tuzlu salin (PBS) ile yıkayın ve antikor nüfuzunu kolaylaştırmak için %0,1 Triton X-100 ile 20 dakika boyunca PBS'de işlem yapın. Daha sonra oda sıcaklığında 1 saat boyunca PBS'de %5 sığır serum albümini (BSA) ile spesifik olmayan bağlanma noktalarını bloklayın.
      DIKKAT: Triton X-100 bir tahriş edicidir; Eldiven, laboratuvar önlüğü ve havalandırmalı alanda güvenlik gözlüğüyle tutun. Triton X-100 çözeltilerini kimyasal atık olarak belirlenmiş kaplarda bertaraf et. Tüm işlemlerde, BSA ve PBS gibi doku kesitleriyle temas eden çözeltiler biyolojik atık olarak kabul edilmeli ve kurumsal biyogüvenlik protokollerine uygun olarak toplanıp bertaraf edilmelidir.
    4. Kesitleri primer antikorlarla (anti-Piezo tipi mekanosensitif iyon kanalı bileşeni 1 (Piezo1), seyreltilmiş 1:200; anti-leptin reseptörü (LepR), 1:50) antikor seyreltme tamponunda kuluçka yapın. Her bölüme 50 μL seyreltilmiş antikor çözeltisi uygulayın ve 4 °C sıcaklıkta nemli bir odada 12-18 saat kuluçka yapın.
    5. Slaytları PBS ile yıkayın (3 × 5 dakika), ardından florofor konjuge ikincil antikorlarla (1:200 seyreltilmiş şekilde) kuluçka yapın. Her bölüme 50 μL seyreltilmiş antikor çözeltisi uygulayın ve oda sıcaklığında, karanlıkta nemli bir odada 2 saat kuluçka yapın.
    6. Slaytları PBS'de tekrar durulan (3 × 5 dakika), ardından çekirdekleri 4',6-diamidino-2-fenilindol (DAPI) ile (1:50 seyreltilmiş şekilde) 5 dakika boyunca karşı boyama ile uygulayın.
    7. Bölümleri antifade montaj ortamı ile monte edin ve örtü ile örtün.
    8. Uygun filtre ayarlarıyla lazer taramalı konfokal mikroskop kullanarak görselleştirin ve görüntüleri yakalayın.

Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.

Sonuçlar

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Bu çalışmada, sıçanlarda yarı-segmental diafizal kemik defekti modeli, femoral orta şaftında 4 mm uzunluğunda ve 1,5 mm yarıçaplı bir kusur ile düz uçlu silindirik özgül elmas buruk ile delinerek oluşturuldu (Şekil 2A). Modelin malzemelerin mekanik ve biyolojik performansını test etme yeteneğini göstermek için, GelMA hidrojelleri veya 3DP-PMMA ile implante edilmiş kusurlarla iki karşılaştırma grubu oluşturduk (Şekil 3,

Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.

Tartışma

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Osteoindüktiflik, osteoentegrasyon ve biyouyumluluk gibi yaygın vurgulanan özelliklerin yanısıra, kemik rekapüslerinin mekanik yanıt verme ve yük taşıma kapasitesi de özellikle ağırlık taşıyan kemiklerdeki kusurların onarılması için aynı derecede hayatiöneme sahiptir 22. Mekanik performansın geleneksel değerlendirmeleri genellikle evrensel test makineleri, sıkıştırma testi veya çekme mukavemeti analizi gibi in vitro

Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.

Açıklamalar

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Tüm orijinal veriler ve görseller bu makalede yer almaktadır. Yazarlar çıkar çatışması belirtmemektedir.

Teşekkürler

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Bu çalışma, Sichuan Eyaleti Doğa Bilimleri Vakfı (2025ZNSFSC0754) tarafından desteklenmiştir.

Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.

Malzemeler

Bu makalede kullanılan malzemelerin listesi
AdŞirketKatalog numarasıYorumlar
%2 iyodofor çözeltisiChengdu Jinshan Kimyasal Reaktif Şirketi, Ltd.Hiçbiri yok
3D baskılı polimetil metakrilat (3DP-PMMA)Sichuan Üniversitesi Polimer Bilimi ve Mühendisliği Fakültesi tarafından sağlanan nazikçeHiçbiri yok
%4 paraformaldehitBiosharpBL539A
%75 etanolChengdu Jinshan Kimyasal Reaktif Şirketi, Ltd.Hiçbiri yok
Pamuk toplarıHaishi Hainuo Group Co.,   Ltd.Hiçbiri yok
Pamuk çubuklarıLakong Tıbbi Cihazlar Şirketi, Ltd.Hiçbiri yok
DAPI boyama çözeltisiBeyotime Cat#C1005
Tek kullanımlık steril bistürHangzhou Huawei Tıbbi Malzemeler Şirketi, Ltd.20100227
Jelatin metakriloyl (GelMA) hidrojelleriSichuan Üniversitesi Polimer Bilimi ve Mühendisliği Fakültesi tarafından sağlanan nazikçeHiçbiri yok
GelMA %20CellinkIKG125000005
Keçi Fare Karşıtı IgG H& L (Alexa Fluor® 594)AbcamAB150116
Keçi Anti-Tavşan IgG H&; L (Alexa Fluor® 488)AbcamAB150077
Hematoksilin ve Eosin Boyama KitiBiosharpC1005
Yüksek hızlı el parçasıFoshan SCS Tıbbi Aletler Şirketi, Ltd.9018499000
Sulama iğnesiSichuan Yeni Yüzyıl Tıbbi Polimer Ürünleri Şirketi, Ltd.Hiçbiri yok
Masson' s Trichrome Stain KitSolarbioG1340
Tıbbi dokunmamış kumaşlarHenan Yadu Sanayi Şirketi, Ltd. Hiçbiri yok
Tıbbi dokunmamış kumaşlarHenan Yadu Sanayi Şirketi, Ltd. Hiçbiri yok
Mikro-bilgisayarlı tomografi (µ CT) Scanco Medical AGμ CT 45
Kesitsel görüntüler için 20.0'ı taklit ediyor (reslice fonksiyonu)MaddeleşHiçbiri yok
İğne tutucularıChengdu Shifeng Co., Ltd.Hiçbiri yok
Ob-R/Leptin Reseptör Antikor (B-3)Santa CruzSC-8391
Olympus Araştırma Sınıfı Tam Slayt Tarama Sistemi VS200Chengdu Bilgi Teknolojisi A.Ş., LtdVS200
Periostal asansörChengdu Shifeng Co., Ltd.Hiçbiri yok
PIEZO1 AntikorNovusNBP1-78446
Tuzlu çözeltiSichuan Kelun İlaç Şirketi, Ltd.Hiçbiri yok
3D görüntü yeniden yapılandırma için Scanco tıbbi görselleştirici yazılımı (önceden tanımlanmış betikler)Scanco Medical AGHiçbiri yok
Özel diş elmas buru (TF-22/170-021m/845-021m)Diantong Diş Malzemeleri ŞirketiHiçbiri yok
Sprague-Dawley fareleri Byrness Weil Biotech LtdHiçbiri yok
Düz MakasChengdu Shifeng Co., Ltd.Hiçbiri yok
Cerrahi MotorMARATONN3-140232
Cerrahi dikişler (4-0 monofilament)Hangzhou Huawei Tıbbi Malzemeler Şirketi, Ltd.Hiçbiri yok
Vernier kaliperDeliDL91150

Kaynaklar

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Mitchnik, I. Y., et al. Femur fractures and hemorrhagic shock: Implications for point of injury treatment. Injury. 53 (10), 3416-3422 (2022).
  2. Mitchell, S. A. T., Majuta, L. A., Mantyh, P. W. New insights in understanding and treating bone fracture pain. Curr Osteoporos Rep. 16 (4), 325-332 (2018).
  3. Ritchie, R. O. The conflicts between strength and toughness. Nat Mater. 10 (11), 817-822 (2011).
  4. Carson, J. S., Bostrom, M. P. G. Synthetic bone scaffolds and fracture repair. Injury. 38 (1 Suppl ), S33-S37 (2007).
  5. Janicki, P., Schmidmaier, G. What should be the characteristics of the ideal bone graft substitute? Combining scaffolds with growth factors and/or stem cells. Injury. 42, S77-S81 (2011).
  6. Zandi, M., Dehghan, A., Talimkhani, I., Rezaeian, L., Mohammad Gholi Mezerji, N. Histological evaluation of the healing process of autografted mandibular bone defects in rats under treatment with zoledronate. J Cranio Maxillofac Surg. 47 (11), 1779-1786 (2019).
  7. Wu, J., et al. The establishment of calvarial suture-bony composite defects in rats: A standardized model for suture-regenerative therapy investigation. J Vis Exp. (207), e66417(2024).
  8. Chen, Y., Wu, J., Li, F., Ye, L., Wang, H. Creating a box-cavity defect model in the cortical bone of rat femora. J Vis Exp. (201), e66068(2023).
  9. Yu, C., Yu, F., Li, F., Ye, L. The establishment of a murine mandibular molar extraction socket healing model. J Vis Exp. (191), e64855(2023).
  10. Han, L., et al. 3D magnetic nanocomposite scaffolds enhanced the osteogenic capacities of rat bone mesenchymal stem cells in vitro and in a rat calvarial bone defect model by promoting cell adhesion. J Biomed Mater Res A. 109 (9), 1670-1680 (2021).
  11. Han, Z., Bhavsar, M., Leppik, L., Oliveira, K. M. C., Barker, J. H. Histological scoring method to assess bone healing in critical size bone defect models. Tissue Eng Part C Methods. 24 (5), 272-279 (2018).
  12. Gomes, P. S., Fernandes, M. H. Rodent models in bone-related research: the relevance of calvarial defects in the assessment of bone regeneration strategies. Lab Anim. 45 (1), 14-24 (2011).
  13. Tsiklin, I. L., Shabunin, A. V., Kolsanov, A. V., Volova, L. T. In vivo bone tissue engineering strategies: advances and prospects. Polymers. 14 (15), 3222(2022).
  14. Long, S., et al. Architecture mechanics mediated osteogenic progression in bone regeneration of artificial scaffolds. Sci Adv. 11 (29), eadv8804(2025).
  15. Man, K., et al. GelMA hydrogel reinforced with 3D printed PEGT/PBT scaffolds for supporting epigenetically-activated human bone marrow stromal cells for bone repair. J Funct Biomater. 13 (2), 41(2022).
  16. Chen, N. Embedded 3D printing and pressurized thermo-curing of PMMA for medical implants. J Mech Behav Biomed Mater. 146, 106083(2023).
  17. Einhorn, T. A., Gerstenfeld, L. C. Fracture healing: mechanisms and interventions. Nat Rev Rheumatol. 11 (1), 45-54 (2015).
  18. Ikeda, T., et al. Stimulation of osteogenesis in bone defects implanted with biodegradable hydroxyapatite composed of rod-shaped particles under mechanical unloading. Acta Histochem Cytochem. 45 (5), 283-292 (2012).
  19. Du, Y., Xu, B., Li, Q., Peng, C., Yang, K. The role of mechanically sensitive ion channel Piezo1 in bone remodeling. Front Bioeng Biotechnol. 12, 1342149(2024).
  20. Tadge, T., et al. The role of Piezo1 and Piezo2 proteins in tissue engineering: a comprehensive review. Eng Regen. 5 (2), 170-185 (2024).
  21. Prasad, P., Cancelas, J. A. From marrow to bone and fat: exploring the multifaceted roles of Leptin receptor positive bone marrow mesenchymal stromal cells. Cells. 13 (11), 910(2024).
  22. Hart, N. H., et al. Mechanical basis of bone strength: influence of bone material, bone structure and muscle action. J Musculoskelet Neuronal Interact. 17 (3), 114-139 (2017).
  23. Zhong, J., He, D. Combination of universal mechanical testing machine with atomic force microscope for materials research. Sci Rep. 5 (1), 12998(2015).
  24. El Kommos, A., Jackson, A. R., Andreopoulos, F., Travascio, F. Development of improved confined compression testing setups for use in stress relaxation testing of viscoelastic biomaterials. Gels. 10 (5), 329(2024).
  25. Lietaert, K., Cutolo, A., Boey, D., Van Hooreweder, B. Fatigue life of additively manufactured Ti6Al4V scaffolds under tension-tension, tension-compression and compression-compression fatigue load. Sci Rep. 8 (1), 4957(2018).
  26. Bignardi, C., Terzini, M. Novel load systems for in vitro testing of biomaterials and medical devices. Materials. 16 (2), 465(2023).
  27. Teti, A. Bone development: overview of bone cells and signaling. Curr Osteoporos Rep. 9 (4), 264-273 (2011).
  28. McGovern, J. A., Griffin, M., Hutmacher, D. W. Animal models for bone tissue engineering and modelling disease. Dis Model Mech. 11 (4), dmm033084(2018).
  29. Malda, J., et al. 25th anniversary article: engineering hydrogels for biofabrication. Adv Mater. 25 (36), 5011-5028 (2013).
  30. Altmann, B., et al. Promotion of osteoblast differentiation in 3D biomaterial micro-chip arrays comprising fibronectin-coated poly(methyl methacrylate) polycarbonate. Biomaterials. 32 (34), 8947-8956 (2011).
  31. Bastidas-Coral, A. P., et al. Polymethyl methacrylate does not adversely affect the osteogenic potential of human adipose stem cells or primary osteoblasts. J Biomed Mater Res B Appl Biomater. 108 (4), 1536-1545 (2020).
  32. Öztürk, Z., Tosun, B. Comparison of 3D printed and conventional denture base materials in terms of durability and performance characteristics. Sci Rep. 15, 18234(2025).
  33. Wu, J., et al. Transcriptomic and cellular decoding of scaffolds-induced suture mesenchyme regeneration. Int J Oral Sci. 16 (1), 33(2024).
  34. Kan, C., et al. BMP-dependent, injury-induced stem cell niche as a mechanism of heterotopic ossification. Stem Cell Res Ther. 10 (1), 14(2019).
  35. Bao, X., et al. 3D biomimetic artificial bone scaffolds with dual-cytokines spatiotemporal delivery for large weight-bearing bone defect repair. Sci Rep. 7 (1), 7814(2017).

Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.

Yeniden basım ve izinler

Bu JoVE makalesinin metnini veya şekillerini yeniden kullanmak için izin iste

İzin iste

Etiketler

Bone Defect ModelLoad Bearing BoneDiaphyseal DefectRat Femur ModelBone Substitute Evaluation3D Printed PMMAGelatin Methacryloyl HydrogelMechanical Performance TestingOsseointegration AssessmentImmunofluorescence Staining

İlgili makaleler