Kırık cihazları tasarımı ve kapalı-sağlamlık kırıklar Rodents için protokol optimizasyon
14 Ağustos 2018
Tutarlı kırıklar verim için kırık üretimi parametrelerini optimize etmek için protokol hedefidir. Bu iletişim kuralı kemik boyutu ve hayvanlar arasında varolabilir morfoloji değişimler hesapları. Ayrıca, bir maliyet-etkin, ayarlanabilir kırık aparatı açıklanmıştır.
Bu yöntem, hangi müdahalelerin kırık iyileşmesini teşvik ettiği gibi kemik biyolojisi alanındaki temel soruların yanıtlanmasına yardımcı olabilir. Bu tekniğin ana avantajı, tutarlı kırıklar oluşturmak için parametreleri türetmek için basit bir yöntem sağlamasıdır. Kırık bölgesini bulmak için, ötenazi uygulanmış beş hayvanın temsili bir örneğinde kırılacak uzuv femur veya tibianın radyografilerini alın.
Tibia görüntüleri burada gösterilmektedir. Kırılacak uzvun radyografisinde kırığın istenen yerini işaretleyin. Kalkaneal tibial eklemden işaretli kırık seviyesine kadar ölçün.
Tüm deneme numuneleri için ortalama kırılma uzunluğunu hesaplayın. Ayarlanabilir kırılma cihazında, bir destek örsünün dış yüzeyinden giyotin etkisinin merkezine olan mesafeyi ölçün. Kırık konumlandırma aparat derinliğini veya JD'yi hesaplamak için giyotin çarpma merkezini kırılma uzunluğundan çıkarın. Makine veya 3D baskı, örse eşit yükseklik ve genişliğe ve JD'ye eşit derinliğe sahip U şeklinde bir kanal yazdırın. Numuneyi kırık aparatına, femur kırıkları için yüzüstü pozisyonda veya tibia kırıkları için sırtüstü pozisyonda konumlandırın.
Ayağın sırtını kırık konumlandırma aparatının ucuna doğru bastırın. Uzuv kırılana kadar giyotini manuel olarak bastırın. Jig boyutunu ve kırık yerini doğrulamak için kırık uzvun bir radyografisini alın.
Pim uzunluğunu belirlemek için, tibia kırıkları için tibial platodan posterior malleol seviyesine kadar uzuv uzunluğunu ölçün. Pim genişliğini belirlemek için, kırık uzuvdaki minimum medüller çapı ölçün. Yaklaşık olarak medüller çapa eşdeğer bir ölçüye ve pim uzunluğunun 1,5 katından daha uzun bir uzunluğa sahip bir iğne seçin.
14 haftalık bir C57 siyah altı fare için yaklaşık bir pim boyutu, tibia ve femur için sırasıyla 27 gauge, bir buçuk inç ve 22 gauge, bir buçuk inçtir. Makine veya 3D yazdırma, pim uzunluğuna eşit uzunlukta eksi iğne uzunluğu. Bir uçta iğnenin göbeğine dayanacak bir çıkıntı olmalı ve diğer uçta pimin nerede kesilmesi gerektiği belirtilmelidir.
Diz eklemini açığa çıkaracak şekilde, orta tibiadan orta femura kadar kırılmamış deneme örneklerinin bacaklarındaki tüyleri almak için elektrikli bir kesme makinesi veya tüy dökücü krem kullanın. Tibiayı sabitlemek için, iğneyi patellar ligamanın lateralinde perkütan olarak yerleştirin. Patellar ligamenti medial olarak geri çekin ve iğnenin ucunu tibia eksenine hizalayın.
Raybalama hareketi kullanarak tibial platoyu nazikçe kırın ve iğneyi medüller boşluktan aşağı doğru yönlendirin. Ardından, açıkta kalan iğne ölçü uzunluğuna eşit olana kadar ölçeri ve raybayı kullanın. İğneyi mastarın gösterdiği seviyede kesmek için yeterli alan sağlamak için iğneyi yaklaşık üç milimetre geri çekin.
Bir pim kesici kullanarak pimin distal ucunun 3 milimetresini kıvırın ve ardından pimi gösterge seviyesinde kesin. İğnenin çapından 1,5 kat daha büyük bir çapa sahip bir çubuk kullanarak pimi eklem yüzeyine senkronize edin. İğnenin uzuvun medüller kanalının uzunluğunu uzattığını ve proksimal veya distal uçtan çıkıntı yapmadığını doğrulamak için radyografiler alın.
Darbe derinliğini belirlemek için, radyografide istenen kırık seviyesinde korteksin çapını ölçün. Kırık konumlandırma aparatını kullanarak sabitlenmiş bir deneme numunesini kırma cihazına yerleştirin. Darbe koçunu yaralanmamış uzuv üzerine koyun.
Koçun düşmesine izin vermeyin. Bu optimizasyon adımı sırasında kemik sağlam kalmalıdır. Yumuşak dokuyu sıkıştırmak için koç üzerine yeterince aşağı doğru kuvvet uygulayın, ancak kemiği kırmayın.
Yumuşak dokuyu hesaba katmak için darbe derinliğini kortikal çapın 75 katına ayarlayın. Düşme yüksekliğini iki santimetre olarak ayarlayın. Şahmerdanı aktif elektromıknatısa bağlayarak başlangıç konumuna getirin.
Kırık aparatına bir deneme uzvu yerleştirin. Ayağın sırtını kırık konumlandırma aparatına doğru bastırın. Şahmerdanı serbest bırakmak için ayak pedalına kısa bir süre basın ve ardından başlangıç konumuna sıfırlayın.
Etkilenen deneme uzvunun radyografisini çekin ve herhangi bir kırık kanıtı olup olmadığını kontrol edin. Bu, kontrollü bir darbe derinliğine sahip düşük hızlar kullanıldığında ince olabilir. Kırık oluşmazsa, düşme yüksekliğini iki santimetre artırın.
Bir kırık oluşursa, düşme yüksekliğini kaydedin ve 1.1 ile çarpın. Bu yeni düşme yüksekliğidir. Bir sonraki deneme uzvunu kırmak için yeni düşme yüksekliğini kullanın.
Tüm deneme numuneleri kırılana kadar işleme devam edin. Optimizasyondan son düşme yüksekliğini ve tüm parametreleri kaydedin. Deneme örneğinin yaşını, cinsiyetini, genotipini ve ağırlığını kaydedin.
Ayarlanabilir bir kırılma cihazı ve optimize edilmiş parametrelerin kullanılması, basit enine kırıkların oluşumunu önemli ölçüde iyileştirdi. Ön optimizasyon grubu, 58 numuneden sadece 27'sinde veya zamanın% 46.55'inde basit bir enine kırık oluşturdu. Optimizasyon sonrası grupta ise %98.28 oranında basit enine kırıklar görüldü.
Geliştirilmesinden sonra, bu teknik, kırık oluşturma çalışmalarında hayvan modellerinin titizliğini ve tekrarlanabilirliğini artırdı. İşlemi takiben, ek kırık morfolojisi sorularını yanıtlamak için mikro-BT ve histoloji gibi diğer teknikler kullanılabilir.
Tam transkripti görüntüleyin ve binlerce bilimsel videoya erişin
Genel Bakış
Bu protokol, kırılma oluşturma parametrelerini optimize etmeyi ve hayvanlar arasındaki kemik boyutu ve morfolojideki değişiklikler göz önünde bulundurularak tutarlı sonuçlar elde etmeyi amaçlamaktadır. Maliyet etkin ve ayarlanabilir bir kırılma cihazını tanımlar.
Çalışmanın Temel Bileşenleri
Bilim Alanı
- Kemik biyolojisi
- Kırık iyileşmesi
- Biyomekanik
Arka Plan
- Kırık iyileşmesini anlamak, kemik biyolojisi için çok önemlidir.
- Kemik yapısındaki değişiklikler kırık sonuçlarını etkileyebilir.
- Mevcut yöntemler kırık oluşturmanın tutarlılığını sağlamaktan yoksun olabilir.
- Araştırma uygulamaları için maliyet etkin çözümlere ihtiyaç vardır.
Çalışmanın Amacı
- Kırık oluşturmak için güvenilir parametreler oluşturmak.
- Kırık iyileşmesini teşvik eden müdahaleler hakkındaki anlamayı geliştirmek.
- Araştırmacılar için basit bir yöntem sağlamak.
Kullanılan Yöntemler
- Öldürülmüş hayvanlardan femur veya tibia radyografileri elde edin.
- Radyografide istenen kırık yerini işaretleyin.
- Kalkaneal tibial eklemden işaretli kırık seviyesine kadar ölçün.
- Tutarlılık için ayarlanabilir bir kırık cihazı kullanın.
Ana Sonuçlar
- Yöntem, farklı kemik morfolojileri arasında tutarlı kırıklar sağlar.
- Radyografik rehberlik, kırık konumunun doğruluğunu artırır.
- Ayarlanabilir cihaz, deneysel tasarımda esneklik sağlar.
- Kırık iyileşmesi müdahaleleri üzerine gelecekteki çalışmalar için temel sağlar.
Sonuçlar
- Protokol, kemik kırıklarındaki değişkenliği başarılı bir şekilde ele alır.
- Kemik biyolojisi araştırmacıları için güvenilir bir yaklaşım sunar.
- Gelecekteki çalışmalar, iyileşme süreçlerini araştırmak için bu yönteme dayanabilir.
Sıkça Sorulan Sorular
Executive Industry Relevance
Inconsistent fracture models in rodent studies increase resource waste and reduce data reliability in bone healing research. This protocol optimizes fracture generation parameters per sample, improving reproducibility and enabling more rigorous preclinical evaluation of therapeutics. Enhanced consistency supports better go/no-go decisions in fracture repair target validation and lead identification.
Strategic Applications in Biopharma R&D
Early Discovery & Target Validation
- Scientific Value: Enables precise interrogation of therapeutic hypotheses by reducing fracture heterogeneity in animal models.
- Operational Value: Increases success rate of simple transverse fractures from 46.55% to 98.28%, minimizing wasted animals and resources.
- Predictive Confidence: Supports reliable assessment of interventions that promote fracture healing through standardized trauma induction.
Screening & Assay Development
- Assay Readiness: Provides a reproducible method to generate stabilized fractures for downstream compound or device screening.
- Quantitative Outputs: Uses radiographic measurements and drop height parameters to ensure consistent trauma delivery across samples.
- Platform Scalability: Adjustable apparatus design allows adaptation across rodent strains and species, supporting cross-study reproducibility.
Translational & Preclinical Research
- Disease-Relevant System: Generates closed-stabilized fractures that mimic clinical trauma, enabling mechanistic studies of healing pathways.
- Translational Continuity: Optimized parameters allow seamless transition from discovery to histology and micro-CT analysis of fracture morphology.
- Mechanistic De-risking: Reduces biological variability, improving confidence in target engagement and pathway modulation data.
Pipeline & Workflow Integration
The method fits within the discovery continuum from hypothesis testing to preclinical validation, supporting iterative refinement of fracture healing interventions.
- Discovery Biology: Supports hypothesis testing by providing consistent trauma models to evaluate genetic, pharmacological, or mechanical interventions.
- Screening: Enables standardized fracture induction for assay-based evaluation of therapeutics or biomaterials.
- Analytics: Generates quantifiable outputs (drop height, fracture positioning jig depth) for comparative analysis across experimental groups.
- Translational Research: Facilitates continuity to histological and micro-CT assessment of callus formation and bone remodeling.
- Enterprise Reuse: Adjustable fracture apparatus and parameter optimization protocol serve as a reusable platform across projects and sites.
Operational & Enterprise Impact
- Scientific Value: Predictive confidence in target validation through reduced fracture pattern variability.
- Operational Value: Standardization and reproducibility of fracture induction across laboratories and strains.
- Strategic Value: Improved capital efficiency by reducing animal use and increasing data quality per study.
- Portfolio Impact: Enables risk-adjusted advancement decisions in fracture repair programs based on reliable preclinical data.
Implementation Considerations
- Expertise in rodent handling, radiographic imaging, and basic machining or 3D printing for apparatus fabrication.
- Access to X-ray imaging equipment for pre- and post-fracture localization and validation.
- Standardization of measurement protocols (bone length, cortical diameter) across users and sites.
- Adaptation considerations for different rodent species (mouse vs. rat) based on bone morphology.
- Practical limitation: Initial optimization requires five euthanized animals per strain to derive sample-specific parameters.
Biopharma FAQs
Chapters in this video
0:04
Title
0:27
Fracture Location
0:59
Fracture-Positioning Jig
1:56
Stabilization of the Pin Parameters
2:51
Intramedullary Pin Fracture Stabilization
4:10
Impact Depth
4:51
Impact Velocity
6:01
Results: Pre- and Post-Optimization of Fracture Generation
6:34
Conclusion
