調整可能な剛性、ラット大腿骨骨切り術や分節骨欠損モデルの創外固定器

1Institute of Health and Biomedical Innovation, Queensland University of Technology, 2RISystem AG
Published 10/09/2014
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Glatt, V., Matthys, R. Adjustable Stiffness, External Fixator for the Rat Femur Osteotomy and Segmental Bone Defect Models. J. Vis. Exp. (92), e51558, doi:10.3791/51558 (2014).

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Abstract

それは骨折が治癒するような方法を決定するように骨折の治癒の周りの機械的な環境は非常に重要です。過去10年間で、病変の周囲の固定安定性を通して機械的環境を変化させることによって、骨の治癒を向上させる上で大きな臨床上の関心が集まっている。この分野での前臨床動物研究の一つの制約は、実験的な大分節欠損内の局所的な機械的環境の制御だけでなく、彼らが治癒するように骨切り術の欠如である。本論文では、大規模な分節骨欠損や骨切り術の治癒を研究するために創外固定器の設計および使用について報告する。それが治癒するように、このデバイスは、骨病変を制御軸方向の剛性を可能にするだけでなく、 生体内での治癒過程の間に剛性の変化を可能にする行われた実験は、固定具が5mm大腿骨欠陥ギャップを維持することができたことを示している無制限のケージ中のin vivoでのラットで少なくとも8週間のアクティビティ。同様に、私たちは全体の治癒期間中のピンの感染症を含む歪みや感染症を、観察されず。これらの結果は、新開発の創外固定器は、再現性があり、標準化され安定化を達成することができたことを実証し、in vivoでのラットの大きな骨欠損や各種サイズの骨切り術の機械的環境の変化。これは、外部固定装置は、骨再生および修復の分野におけるラットモデルを用いた前臨床の研究調査に適していることを確認する。

Introduction

多くの研究は、骨組織の修復1-6に関与する生物学的メカニズムの理解が改善されている。そのような、軸方向、せん断および片間運動(IFMに)などの骨修復に対する機械的条件の影響が広範囲に7-15研究されている。過去数年間で、より多くの研究は、骨折、骨切り術およびin vivoモデルでの大きな分節骨欠損を使用して、骨の治癒に対する機械的な環境の影響を記述する登場し始めた。したがって、確実な固定方法は、再現性と信頼性試験の結果を得るために必要とされる。

それは骨折が治癒するような方法を決定するように治癒骨折の周りの機械的な環境は非常に重要です。このように、固定装置の選択は非常に重要であり、慎重に研究デザイン、およびそのようなギャップサイズ及び骨折のタイプなど他の要因に応じて選択されるべきである。固定装置の機械的特性再さらに重要全重量軸受の実験期間を通じて一定のギャップの大きさだけでなく、骨治癒のための理想的な機械的な環境ではないだけを提供して固定を確立するために、大きな骨欠損の骨の治癒を研究する。それらは、他の固定装置を上回る利点を持っているので、外部固定器は、一般的に骨折と大きな骨欠損治癒の実験モデルにおいて使用されている。外部固定器の主な利点は、それらが実験の過程の間にデバイスの安定性バーを変更または調整することによって達成することができる二次介入なしに、インビボでの欠損部位での機械的環境の変化を可能にすることである骨の治癒が進行する。また、骨の修復を高めるために、特定の局所的な機械的刺激の適用を可能にし、またin vivoでのカルス組織の剛性を測定する可能性を提供する。それにもかかわらず、デバイスはまた、いくつかの欠点を有しているそれは、次のとおり、軟組織の炎症、感染症およびピン破損を。

残念ながら、このようなインプラントは、インプラントの開発時には「既製品」は利用できなかった、と研究者らは、目的とする用途のために独自の固定器を設計するカスタムせざるを得なかった。したがって、この分野の研究の一つの制約は、それが治癒するように局所的な機械的に大きな分節欠損内の環境だけでなく、骨切り術にわたる実験対照の欠如だった。ピン間の距離は、ピン径、ピン材、ピン数、固定具のバーの長さ、固定具棒番号:創外固定器の機械的特性は次式で定義され、含まれる多数の変数によって調節することができる固定具棒材、固定具棒の厚さおよび固定具棒(オフセット)に対する骨表面からの距離。驚くべきことに、研究の唯一の不足は、個別のコンポーネントの機械的な寄与を検討したことが見出され得る固定器またはげっ歯類の研究16,18,28で使用されるフレーム全体構成の。例えば、ある研究の結果は、固定構築物の全体剛性を決定する際の主な要因の一つは、それらのオフセット、直径および材料特性28に関連して、ピンの自由度によって支配されることを示した。上記の研究からの結果は、固定装置によって提供される機械的な環境を知ることは極めて重要であり、さらに、多くの場合、詳細に研究されていないことを示唆している。本論文は、この問題に対処する外部固定具の設計、仕様、およびin vivoでの移植を報告します。この固定器はまた、治癒が進行するにつれて機械環境、 生体内での治癒過程の異なる段階のメカノ感度の研究を可能にするプロパティの調節を可能にする。また、同様に印象的な制御され、再現性のある地元の整備士ら環境は、そのアクセス可能性はまた、骨治癒の異なる段階でのこの環境の調節を可能にする。

私たちは設計された固定器は広く骨折固定16-21と実験動物における大きな欠陥モデル22-27のために使用される外部固定、に基づいていた。私たちの創外固定器であり、文献に報告されている他の既存の設計の違いは、それらの安定バーがキルシュナーワイヤ(Kワイヤ)との緊密なグリップを持つようにネジで固定されていることである。このタイプの設計は、ロードが安定性バーの緩みを防止するために、体重負荷を介して印加されるように、オフセットの距離が維持されていることを確認するために(時には毎週)隔週締めされるねじを必要とします。そのような緩みが発生した場合、そのような角度、横方向および個人的な経験に基づいて、骨治癒(、researcheとの通信にねじりせん断運動のような不必要な追加の荷重条件を可能にするこれを知るRS)は、創外固定器は、固定具の剛性を変更する必要があるとき、それは取り付けピンが埋め込 ​​まれているメインモジュールに取り付けられた接続要素を除去することによって達成されることなどの設計された。 in vivoでのパイロット実験は、それが大量に製造される前に提案されたすべての要求を満たしていることを確認するために、新しい外部固定のプロトタイプを用いて行った。

この紙の主な目的は、治癒プロセスの間に、インビボでの剛性を変更する能力をラットにおいて大きな骨欠損や骨切り術のために使用される外部固定器のための新しい手術方法を提示することである。この固定方法は、ラットの大腿骨にインビボで適用される。

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Protocol

動物の世話および実験プロトコルは、NIHガイドラインに従って続き、ベス·イスラエル·ディーコネス医療センター施設内動物管理使用委員会、マサチューセッツ州ボストンによって承認された。 (プロトコール番号:098から2009)

手術材料と器具の作製

  1. 使用前に手術を行うために使用されるすべての外科材料や器具を滅菌する。折り畳まれた布や紙の内側に包まれ、または計器トレイなしで、必要な材料をパックし、蒸気滅菌用オートクレーブテープで密封する。オートクレーブの温度は、滅菌時間の20〜25分間125〜135ºCでもよく、乾燥時間、次いで10〜15分べきである。
  2. 手術時にラットが200〜250グラムであることを確認してください。ラットのサイズが重い場合は、異なるサイズの固定器が使用されるべきであるので、これは非常に重要である。ラットのために外部固定システムのより重い250 GA拡大版を使用する必要があります。
  3. </オール>

    2外科的手技と創外固定器の応用

    1. いずれの認定動物業者からスプラーグ·ドーリー(または他の系統)ラット(雄または雌、体重200〜250gの)購入。調査者の施設内動物管理使用委員会によって承認された国のガイドラインに従った適切な動物のケアと実験プロトコールに従ってください。手順の前に48時間の順応期間の最小値を許可します。
    2. 手術のために、専用の外科処置室にラットを輸送。
    3. 第1誘導チャンバーを経由してイソフルランでラットを麻酔した後、O 2 /分の1〜1.5リットルに1.5から2パーセントの割合で麻酔装置に接続されたフェイスマスクを続行します。手術の開始時に、動物が深い麻酔下にあることを確認してください。これを行うには、手足を拡張し、指で足の指の間のウェブつまんでペダルレフ技術を使用する( しないつま先そのもの!)。動物はsuコマンドはありません手足が撤回された場合fficiently麻酔し、筋肉の痙攣が発生した場合、または動物が音がする場合。
    4. ラットは手術のための深い全身麻酔下になった後、右脚に筋肉内に抗生物質(セファゾリン、20ミリグラム/ kg)および鎮痛剤ブプレノルフィン(投与量0.08ミリグラム/ kg)を注入する。手術中の流体損失を多量に回避するために手術前の体重の3〜5%で温かい滅菌生理食塩水を皮下投与し、そして、最後に必要だ場合。角膜損傷を防ぐために、水和を保つために、目に無菌の眼軟膏を適用します。
    5. 薬物注射の後、剃るとchlorohezadineまたはその他の消毒液とラットの全右後肢をきれいにし、手術台に動物を転送します。 (オペレート足を注入したものと同じである必要があります。)
    6. 腹臥位( 図1A)で加熱された表面に動物を置きます。ことを確認してくださいフェイスマスクは鼻と口後方に残っているえー手術台への転送、および2.3に記載されている麻酔レジメン)を維持する。手術のために意図された唯一の脚部が露出するように、滅菌有窓ドレープを外科処置の面積ドレープ。
    7. 外科用メス( 図1C)を使用して、膝の顆上領域に大転子から右大腿骨の表面にcraniolateralを実行して、皮膚を通して3〜4センチメートル( 図1B)のおおよその切開を行います。穏やかな解剖大腿筋膜を分離して、筋肉組織が切断されていないことを確認することによって大腿骨のシャフトを公開します。その後、(坐骨神経が保存されていることを確認して、 図1D)M.外側広筋およびM.大腿二頭筋を離れて分離し、大腿骨の全長を露出させたM.大腿筋膜張筋を持ち上げます。
    8. 骨切り術の計画された領域に、FEから周囲の筋肉組織を解放することによって骨幹の途中領域に沿って大腿骨を準備MUR。まず、大腿骨の露出面に垂直なヒナーンエレベーターを入れ、その後、隣接する領域の筋肉を解放し、メスを使用して起動します。
      1. 前進前進させることにより継続し、周囲の筋肉組織のすべてが(欠陥が作成されます)は、骨の全体の中央部分から解放されるまでは、骨の表面に近い滞在、大腿骨の周りに移動し、筋肉組織が完全に洗浄される骨から。これを行うが、それはすべての主要な血管を切断回避するために、骨表面に近い滞在することは非常に重要である。
    9. 5ミリメートルの大きな骨欠損のために、内外側方向きの骨の周りジーリワイヤーソー(0.22ミリメートル)のループ2個( 図1E、F)。ワイヤーをループした後、位置1の膝関節に近い大腿骨の遠位側の駒や、股関節に近い近位側の第二の部分を見ました。クランプジーリワイヤはS字状に湾曲解剖とligatを使用して、それぞれの側に作品を見ましたURE鉗子、それが意図した場所に留まるようにします。シングルカットの骨切り術が計画されている場合は、唯一のワイヤーソーの一枚を使用しています。
    10. インプラントの正確な位置を決定するためのテンプレートとして外部固定プレートを使用してください。創外固定器の位置は、大腿骨の中心に可能な限り近くなければならない。
      1. 骨の前外側表面に外部固定プレートを置きます。これは、外部から大腿骨を回転させることによって達成される。その位置では、軟組織層は、創傷が閉じられた後に固定具プレートの下に過剰な軟組織の緊張を防止す​​る、その最薄である。
      2. その後、少しプレートの穴が骨表面に集中していることを確認するために、骨の表面から外部固定プレートを持ち上げます。それは骨の長軸に平行に滞在するための小型のクランプで外部固定具を持ち、その後、0.79と、大腿骨の近位側に第一ホールをpredrillする電動工具やハンドドリルを使用mmのドリルビット。前進前進する前に、ドリルビットの先端がまだ骨表面の中央に配置されていることを確認してください。
      3. ドリルの先端が滑り続ける場合は、最初のホールの位置を中央にします( 図8F)1.00ミリメートルカウンターシンカーを使用しています。カウンターシンカーは、残りのすべての取り付けピンを配置するために使用されるべきである。これは骨の表面に対してドリル穴の完全な位置合わせ及び固定器プレートが保証されます。

    SAWガイドを使用した3創外固定器移植法

    1. 創外固定器のプレートは、鋸ガイドでそれをクリッピングする前に、上下逆にマウントされていないことを確認してください。プレートの穴の大きさを比較することによってこれを決定します。正しい側を上に向けて大きな穴の直径がある。固定器内の穴の大きさの差が明確でない場合は、カウンターシンカーを使用しています。
      1. 上の穴の一つにカウンターシンカーの先端を挿入しますカウンタシンカーを容易に、これは固定具の上面で穴に収まる場合、カウンタシンカーの先端が収まらない場合は固定具プレートが、しかしながら、これは、固定具の下側で、かつ反転されなければならないそれに応じて移植するため。
        重要:このような骨の長軸に対して垂直にドリルすることを確認し、骨表面に固定器の最適な向きを確保する最初のドリル穴の方向は、骨に固定器の最終方向を決定することを忘れないでください。取り付けピンは、同じ長さであり、固定器は、骨の縦軸に平​​行でない場合は、固定器と骨との間の距離があまり変化し、両方の皮質を貫通する4つのすべての取り付けピンの能力を妨げる可能性があります。)
      2. 向きが確認した後、鋸ガイド( 図2A、B)上でプレートをクリップし、最初の予め穿孔穴ように骨にユニットをクリッププレート( 図2C)上の第一ホールと位置合わせされる。穴の中に、第一の取付ピンを駆動するためにハンドドリルに挿入さ0.70ミリメートルの正方形のボックスレンチを使用してください。これを行うと、残りの取り付けピンの再現可能な位置決めを可能にするであろう。
      3. 最初の取付けピンが所定の位置にしたあとで、先端側の第一の取付ピンから最も遠い穴を開け、穴内に第2取付ピンを駆動します。 2真ん中の取り付けピンの注入順序は重要ではありません。

    SAWガイドなしの4創外固定器移植法:

    創外固定器のアプリケーションでは、鋸ガイドを用いずに行うことができる。鋸ガイドと一緒にユニットが骨(ステップ3.1)にクリップされるまで、外部固定注入の開始のステップアップと同じである。鋸ガイドを使用しない場合、それが中に正しい向きで固定器プレートを維持するために非常に重要であるアプリケーション全体手続き。大腿骨は、外部から前外側方向に回転させる必要がある。

    1. それは骨の長手方向軸( 図3A)と平行になるように、小さなクランプまたはS字状に湾曲解剖結紮鉗子で外部固定プレートを持ちます。固定具の配置を決定する第一の取付ピンの適用は、従って、骨の回転が第1ピン( 図3B)に挿入されるまで保持されなければならない。第一のピンが所定の位置にした後、慎重にドリルガイドとして機能している固定具プレートを保持するために鉗子を使用しています。
    2. 二穴にドリルビットを挿入します-これは計画された骨切りギャップ( 図3C)に最も遠位の穴である。掘削する前に、第2の穴は、第一ホールと同じ方向性を持っていることを確認してください。また掘削が完了した後、両方の皮質を貫通していることを確認します。
    3. 0.70ミリメートルの正方形BOを挿入Xハンドドリルにレンチ、その後先端に取付けピンを挿入します。慎重に最初予め穿孔穴の位置合わせを失うことなく、外部固定具のプレートに挿入します。
    4. とすぐ先端が骨と接触するように、連続的な軸方向荷重の下でレンチを回す開始ハンドドリルの近位端に適用した。約5フルターン後、取付ピンの近位端のスレッドが外部固定板の体をキャッチすることを確認します。このスレッドは、システムをロックします。骨の糸の端が骨( 図3D)の上面に近いとき回し停止します。
    5. ほとんどの遠位端と近位側のピンが所定の位置に配置した後、残りの二つの真ん中の穴をpredrill。 2中間ピンの注入順序は、( 図3C)は重要ではありません。
    6. 創外固定器が配置された後、0.22ミリメートルジリワイヤを使用する部分欠損(Figurを作るために鋸ガイドによって導か見電子の4A)。後者の方法が選択されると、鋸ガイドは、欠陥を行う前にクリップされる。
      1. このために、0.22ミリメートルジーリワイヤーを渡す時に生理食塩水を分配するために5ミリリットルの注射器を使用します(十分な灌漑を利用した( 図5B)を前後に往復運動することにより、5mmの分節欠損を作成し、大腿骨( 図5A)の下に2溝を通って見ました欠陥の作成時)。軟組織への損傷を避けるために、骨切り術を完了した後に一側に骨にソーワイヤー近くを切断する。鋸ガイド( 図4B)を取り外します。
    7. 欠陥や骨切り術が作成された後、鋸ガイドを削除して、層中の傷、筋肉最初( 図4C)、その後、皮膚( 図4D)を閉じる。傷口が閉じられる前に、研究プロトコルで計画通り、欠損を扱う。筋層とEthibondのビクリル縫合糸4-0を用いて、大腿筋膜、及びエチコンモノクリル3-0秒を用いて皮膚を閉じるuture。傷を縫合しながら、非滅菌表面上の縫合糸材料をドラッグすることは避けてください。注:かむ傷を避けるために、縫合糸は、下インプラントの遠位に終了することはできません。同様に、皮膚接着剤の代わりに縫合糸を用いることもできる。
    8. 最初の三つの術後の日には、ラットの鎮痛剤を24時間毎に12時間毎に抗生物質を与える。もちろん、薬の術後療法は(薬物仕様説明書を参照してください)​​、各研究者によって使用される薬剤のメーカーやブランドに依存して変化する。
    9. 彼らは麻酔から回復し、だけにして、住宅施設に戻すことを確認する手順の後に頻繁に動物を監視します。合併症がないことを確認するために、手術後の最初の数日間は孤独な住宅を提供します。
    10. 必ず動物が痛みや苦痛ではありませんように、手術後、水、食物摂取量および体重を監視します。動物が減少した活動レベルが表示されている場合は、難易動き回る(可能なインプラントの失敗)、ataxi、ボサボサ脂っこい毛皮、目や鼻の穴の周りのポルフィリン染色、猫背の姿勢、呼吸困難、食料や水の減少摂取などが獣医師に相談してください。

    生体内では、外部固定具剛性の変更5

    1. 研究プロトコルは、 生体内での治癒過程固定器剛性の変化を必要とする場合、これはハンドドリルに装着0.5mm角レンチボックスを使用して、特殊なインターロックネジで固定接続要素を変更することによって達成される。この手順では、ラットを麻酔(プロトコル2.3を参照)、ステップ( 図6A)の時に一度だけ(プロトコルに2.4参照)鎮痛を与える。
      1. 落ち着いた後、ラット、および組み立て固定器の側面に取り付けられ、連動ネジに0.50ミリメートルの正方形のボックスレンチの先端を挿入し、ピンが半分アウトになるまで、それを反時計回りに回し、慎重に開始した( 図6B 図6C)の同じ側にある第二のピンのための手順を繰り返します。
      2. 同じ側の両方のピンが出て半分の方法である場合には、穏やかな運動( 図6D)と反対側の接続要素を削除する鉗子またはクランプを使用しています。それは、その後のターンの追加のカップルを行わない場合は、接続要素は、インターロックねじの先端が接続要素に埋め込まれていないことを確認するために、両方のインターロックネジで、簡単にオフに来る必要があります。
      3. 接続要素が除去された後、削除された1( 図6E)の代わりに、所望の剛性接続要素をスライドさせ、反対側から四角いボックスレンチを使用して、インターロックネジが反対側に出半分になるまで回し始める( 図6F)。第2連動ネジ( 図6G)に同じ手順を繰り返します。重要:番目(私は、図6H)接続要素を交換した側の内外連動ネジが半分であることを確認するために、プレートの反対側への切り替えが必要になりますされている。
      4. この部分が正常に完了した後、第二の接続要素( 図6J)を削除し、その反対側( 図6K)に置き換えたものと同じ剛性接続要素と交換してください。第二の接続要素が配置された後、インターロックスクリューエンドプレートの反対側から出るまで、インターロックスクリューを駆動開始し、インターロックスクリュー先端がそれぞれの側( 図6L)で同じ量を出た。第2連動ネジ( 図6M、N)に対して同じ手順を繰り返します。この手順は、完了するのに約15分かかります。

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Representative Results

設計仕様

外部固定システムとラットの大腿骨の安定化は、0.5〜5ミリメ​​ートル切り術の作成が可能になります。 、、、シンプルな再現性があり、調整可能なデザインを提供しています - チタン - アルミニウム - ニオブ合金([取り付けピン] TAN) - 創外固定器システムは、ポリエーテルエーテルケトン([本体] PEEK)製のロックされた外部固定具である4つの異なる剛性で提供されています。10、40、70、100%(100%は、標準であること、最も剛性の固定器( 図7)、彼らのように生体内でインプラントの剛性調整を行う必要がありますかどうか、各研究者の研究要件に応じて。骨の治癒が進行し、創外固定プレートは、2つのインターロックネジで固定1固体片( 図8)として、あるいは2接続要素( 図9A)と二つのメインモジュール( 図9B)のいずれかで付属してい (FI持つグレ9Cの)が手術( 図10A-F)の前に組み立てられる。接続要素は、(2.50ミリメートル異なる厚さのものであり、したがって剛性、および固定の10%に相当する剛性(0.75 mm厚)、40%(1.70ミリメートルの厚さ)、70%(2.10ミリメートルの厚さ)、100%を達成するために開発された厚い; 図7)。 100%の創外固定器の剛性は、成熟ラット200gのおよその体重に基づいて計算し、その後800グラムの等しい質量を、4の係数を乗じた。これは、5mmの欠陥を作成した後に、固定器は、それによって位置合わせを維持し、欠陥断片の転位を防止する、動物の体重負荷に耐えることができることを確認するために行った。残りの3つの固定器の剛性は、さまざまな目的に研究のための剛性、さまざまなを持っている最高(100%)から、それぞれ30%減少した。

各メインモジュールは、取り付けピンがINSE二つの穴がありRTED。それはまだハンドドリル( 図9K)に装着0.5mm角レンチボックス( 図9H)を使用して、特殊なインターロックネジ( 図9C)で保護された接続要素を変更することで、生きている動物に接続されている間固定器の剛性を変化させることができる。 TAN(チタン合金)は、ピン( 図9D)は 、大腿骨の安定性バーを固定する( 図7)の取り付けのために作るために使用された。固定器は、4個で来て、剛性変化が試験( 図10A-F)のために意図されている場合、単一の固体PIECED固定器が使用されるべきでない場合には、使用前に組み立てられる必要がある。外側のネジの間の距離は16mmで、中間のねじとの間の距離は11mmであり、すべての穴は、0.79ミリメートルのドリルビット( 図9E)を使用して予め掘削されている。ネジは骨表面に平行な主固定具フレーム内の対応する穴にロック往復6mmの距離に設定されている( 図7)骨メートル。

鋸ガイドは、大腿骨( 図9I)において正確、再現性のある、5mmの分節性欠損の作成 ​​を可能にするために開発されました。それはまた、創外固定器を設置するための位置決めガイドとして機能します。 図2B、Cに示すように、骨への外部固定具のメインフレームは、鋸ガイドへクリップされ、その後、システム全体がクリップされます。 5mmのギャップが0.22ミリメートルジーリワイヤーソー( 図9J)で生成されます。鋸ガイドとジーリワイヤーソーの両方が134ºCオートクレーブすることができます。異なるサイズの骨切り術が研究のために意図されている場合は、カスタム設計された鋸ガイドが利用可能です。により外部固定具のミニチュアサイズのため、注入器具の特別なセットを設計し、買収された。カスタマイズされた0.79ミリメートルのドリルビット( 図9E)、穴( 図9F)のプリドリリングのための1.00ミリメートルカウンターシンカー、0.7ミリメートルのスクアハンドドリル( 図9G)に取り付け取り付けピンの適用のための再レンチボックス、インターロッキングネジ( 図9H)の適用のための0.5mm角レンチボックス、ハンドドリル( 図9K)。 アキュペンドリル( 図9L)も開発されました。各取付けピンのコア径は、骨に取り付けピンの適切な嵌合を保証するためにドリルビット0.02mm未満大きい。セルフカッティングねじ先端と一緒に使用する場合、これは、骨ねじインタフェース29における骨表面吸収に緩み防止することが示されている。ドリルビット( 図9E)は 500 mWの( 図9L)の力で2,500 RPMを生成ミニチュア電気アキュペンドリルによって運営されています。

in vivo実験

放射線検査は、全ての剛性の固定具が1mm(図示せず)または5のFeを維持していることが確認さ実験の全8週間の間道徳的な欠陥( 図11)。これは自然治癒が発生していない5ミリメートル臨界サイズ欠損、のために特に重要であった。ピン感染を含む無歪みや感染症は、観察されなかったし、アプリケーションの命令は30を追跡した場合は、ピンの緩みが存在しなかった。手術時に、ラットの重量は250グラムを超えている場合は、外部固定器を使用することの合併症が見られ、そして小さなサイズのプレートを使用した。ピンpullouts手術( 図12)の2週間後にどこにでも一週間から大腿骨の遠位側で発生したように、それらのインスタンスのいくつかでは、取り付けピンの負荷は、重要なレベルにまで上昇した。より大きなサイズの動物が使用される場合、それに加えて、大腿骨の周囲の筋肉組織は、皮膚を閉じた後にインプラントの近傍の皮膚張力を作成する、比較的厚い。により腫れ緊張、皮膚Sへそれはラットのいくつかは固定器を噛ませる動物にかゆみの感覚を作成し、癒すためタルト。固定器は、基本的には、高密度プラスチックであるPEEK材料から作成されているため、まれに、一部のラットは、それを介して噛むことが知られていた。再び、これを回避するためには、動物試験のために推奨される体重を選択するか、創外固定器のより大きなバージョンに切り替えることは非常に重要である。

図1
ラットの大腿骨の1手術準備図。 (A)は 、腹臥位に位置してラット。(B)は 、大腿骨上の切開部の方向を示します。(C)は 、筋肉を露出させ、皮膚に切開を表示します。(D)は 、大腿骨を露出させ、筋肉を通して切開を表示します。( E)はギグを渡すために骨の下に配置小さなクランプを表示李ワイヤー。(F)は 、骨の下を通過したジーリ線を表示します。

図2
図2(A)は、ガイドを見ました。ソーガイドにクリップされた(B)外部固定器。(C)創外固定器を持つガイドが大腿骨にクリップを見た。

図3
創外固定器の応用3。図。 (B)赤い手の外側遠位位置に第一取付ピンの挿入を表示- 。緑の手、そして誤ったアプリケーション- (A)は、骨に前-横方向と平行にリクライニングプレートと、第一の取付ピンの正しい適用を示し(C)の挿入を示し 。プロトコルセクション4.4でより詳細な説明- 2真ん中の取り付けピンに続いて最も近位の位置で始まる取り付けピン(D)を残留した取付ピンの挿入を表示します。

図4
ラット大腿上の外部固定具の4外科的移植図。 (A)は(C)。5mmの分節欠損を作成した実証(B)。ジーリワイヤで所定の位置に外部固定具と外科処置の完了を実証さらさ外部固定の安定バー付き縫合筋層を示します。(D)で皮膚を縫合し実証創外固定器の安定バーを露呈した。

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図5(A)欠陥生成のためのジーリ線の初期位置(B)ジーリワイヤの往復運動を示す画像。

図6
生体内での外部固定剛性の図6に変更大腿骨に移植(A)外部固定器。(B)は、ピンが半分アウトになるまで、慎重に反時計回りに回して最初のインターロックスクリューの除去を表示します。(C)は削除を示しピンが半分アウトになるまで、慎重に反時計回りに回して第2連動スクリュー(D)とは反対側の接続要素を除去することを示します。(E)は削除された1の代わりに、所望の剛性接続要素の交換を示します。 F)は、連動ネジが反対側のうち半分になるまで、正方形のボックスレンチを回して最初の反対側から接続要素を置き換え確保する方法を示します。(G)は反対側から第二置き換え接続要素を確保する方法を示しますインターロッキングスクリューまで四角いボックスレンチを回して反対側のうち、半分の方法です。(H、I)を示しているプレートの反対側への切り替えの両方を連動ネジが半分の方法は、サイドの接続に出ていることを確認する要素を交換した。(J)は 、第2の接続要素の除去を実証。(K)は(L、M)。取り外さオンの代わりに第二剛性連結要素の交換を実証連動ねじ端が終了するまで両方のインターロックスクリューの駆動を実証プレートの反対側。(N)は、完成した手順を示します。 図7
図は、外部固定器の7成分剛性は、厚さの異なる接続要素によって決定される。固定器は、チタン合金の取り付けピンを骨に取り付けられる。右:5mmの分節性欠損をラットの大腿骨の所定の位置に固定器を組み立て。

図8
1単位として8外部固定器の図。

図9
図9。部品および機器は、創外固定器で使用するために設計されています。 (A)2つの接続要素。(B)2つの主要なモジュール。(C)2つのインターロックネジ(D)4つの取り付けピン(E)0.79ミリメートルのドリルビット。(F)ホールのプリドリリングのための1.00ミリメートルカウンターシンカー。(G)0.7 mmの取り付けピンの適用のための正方形のボックスレンチ。(H)のネジを連動するアプリケーションのための0.5mm角ボックスレンチ。(I)は 5ミリメートルは、ガイドを見ました。(J)0.22ミリメートルジーリワイヤは欠陥の作成 ​​のために見ました。ドリルビット、0.70および0.50ミリメートルの正方形のボックスレンチを取り付けるための(K)ハンドドリル。(L)AccuPen 6V +(ミニチュア電気ペンドリル)ドリルビットを駆動するために使用される。

図10
外部固定具の図10のアセンブリ。 (A)70%目iffness接続要素(B)接続要素とメインモジュールの一つ。(C)は、接続要素の内部の主要モジュールスライドの1。(D)は 、メインモジュールの両方が接続要素の内側にスライドさせます方法を示します方法を示しています(E)は、メインモジュールと場所の両方で接続要素の両方をデモ(F)完全に組み立てられた安定性のバーを示している- 。メインモジュールと連動ネジで固定接続要素を。

図11
図ラットにおける欠陥の11 インビボ X線画像はすぐに手術後および8週後 ​​に 、すべての3剛性の外部固定器は、外科的にラットの大腿骨と作成した5mmの分節性欠損に移植した。欠陥は、手術直後(t = 0)の後weeklで、X線照射した実験を終了した8週間(T = 8週間)まで、yの間隔。 ECMジャーナル(からの親切な許可を得て複製http://www.ecmjournal.org )。 この図の拡大版をご覧になるにはこちらをクリックしてください。

図12
遠位ピンと術後は(ラットの体重は340グラムだった手術時)に引き出さ9日のラットにおける欠陥の生体内でのX線画像では、図12。 拡大表示はこちらをクリックしてくださいこの図のバージョン。

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Discussion

大型骨欠損を作成するための外科処置の最も重要なステップは次のとおりです。1)外部固定器のサイズに合わせてラットの適切な体重を選択すること; 2)手術中に無菌環境を維持すること; 3)外科的処置のプロトコルを、以下の。

本研究の主な目的は、設計、製造、ラット大腿大きな欠陥モデルのための新しい、可変剛性創外固定器を特徴付け、そして治癒過程の生物学的および機械的要因の間の相互作用を決定する際に、この固定器を使用することであった。新しい固定器の機械的特性は、3つのレベルで調べ、固定器の特性は、異なる原稿30に掲載されている。固定具はまた、ラットの大腿骨に適用し、それらのインビボ性能がでと治療30,31なしで8週間X線写真に監視。

プライマリIこの固定具のnnovationは異なる、標準化された剛性を選択するために安定バー接続要素を交換する能力である。デバイスが動物に取り付けられている間の安定性バーの接続要素を交換することができるので、剛性が治癒過程の異なる段階で調整することができる。接続要素は、プロトコルに記載のように、欠陥エッジ及び新たに形成された組織の破壊の位置ずれを防止するために一度に一つずつ交換される。現在、4異なる剛性が利用可能ですが、追加の剛性は、インプラントシステムの生産を通じて、異なる厚さの異なる接続要素を注文するだけで実現することができる。

これらの材料はすでにヒトでの整形外科用インプラントのために使用されるため、取り付けピンとメインフレームは、それぞれ、TAN及びPEEKから作られ、それらの生体適合性は十分に確立されている。これらの材料は、in vivoイメージングにもできるよう最小限の歪み、感染症の発生率の低下と骨折修復の初期段階。 インビボ実験は、固定具が明確イメージングを可能にしたことが確認され、感染またはピンの緩みなしで少なくとも8週間の5mmのセグメントギャップを維持した。

追加の設計上の特徴として、固定具は、接続要素が使用される剛性に関係なく安定バーに骨表面から6mmのオフセットないプレセットを有する。この機能は、固定器の注入は非常に再現できます。文献1,18,26,27に記載された別の設計上のもう一つの大きな利点は、新たな外部固定器が慣性により制御されていない負荷を回避するために、最小限の質量(0.32グラム)を有するように設計されたということです。さらに、皮膚の移植および縫合後、インプラントクロスバーと皮膚との間の隙間は約2mmである。皮膚表面へのそのような近接は、の可能性を防止するモーメント力を最小外部固定具から意図した以外の欠陥内に追加搭載。また、外科的外傷を低く保つために、従来の回転鋸は大きいか小さい骨切り術を作成するためのツールと​​して考慮されなかった。このようなのこぎりのいずれか隣接する組織にカットまたは組織が引き込まれるとき骨膜を取り除く。過去には、私たちは、4.5ミリメートル歯科用バーを使用していた5mmの欠陥を作成するために見て、それを並列両端22,26,27と正確かつ再現サイズの欠陥を作成することができなかったことがわかった。すべてのこれらの問題を回避するために、私たちは、0.22ミリメートルのジーリワイヤーソーを利用しました。鋸ガイドは、再現性の平行端部を備えた正確な欠陥を作成するために開発されました。

この技術を使用するときにいくつかの制限がある。この創外固定器を用いて、主な懸念の一つは、ラットはPEEK製で外部固定板を介して、かむかもしれないと、結果のセクションに記載されている可能性である。しかし、speciアル金属カバーは、最近これを防止するための固定具の製作者によって開発された。同様に、エリザベス朝首輪は噛んでから動物を防ぐために、手術後数週間の最初のカップルのために使用することができる。追加の懸念は、空の骨欠損が研究のために使用されている場合、取り付けピン数週間、手術後の骨から引き出すことができる可能性があるということです。また、固定器がプロトコルに概説されている正確な向きに移植されることが重要である。命令は慎重に従わない場合には、比剛性の固定器により提供される機械的な環境が意図されていたようにはできませんし、誤った結果を与えて、エラーを導入するという大きなリスクがあります。

本稿で述べた固定器は、さまざまな機械的な環境および/またはbでの機械的な(剛性)変調の経験的効果を決定するために必要な実験に着手する研究者を可能にする大きな欠陥または骨切り術30,31内の1つの癒し。さらに、創外固定器技術は異なる医薬品と生体材料は、治癒過程を促進するために、複雑骨折だけでなく、標準的な骨折の治療のためだけでなく、新しい治療法を発見するために試験されるさまざまな研究に用いることができる。

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Disclosures

著者ロマーノマシスはこの記事で使用したインプラントは、インプラントの特定の楽器&消耗品を生産RISystem AGダボス、スイスの従業員である。著者ヴァイダグラットは、競合する金融利害関係はありません。

Acknowledgements

この作品は、AOの基礎(S-08-42G)とRISystem AGによってサポートされていました。

私たちは、非常に大きなを拡張したい "ありがとう!"私たちは、この外科処置の撮影のために彼らのOR施設を利用できるようにするにはそのように収容されるためのAO研究所スイスのダボスでのステファンZeiterのチームに。

Materials

Name Company Catalog Number Comments
RatExFix simple 100% RISystem AG Davos, Switzerland RIS.612.120
RatExFix simple 70% RISystem AG Davos, Switzerland RIS.612.123
RatExFix simple 40% RISystem AG Davos, Switzerland RIS.612.121
RatExFix simple 10% RISystem AG Davos, Switzerland RIS.612.122
RatExFix Connection element 100% RISystem AG Davos, Switzerland RIS.612.130
RatExFix Connection element 70% RISystem AG Davos, Switzerland RIS.612.131
RatExFix Connection element 40% RISystem AG Davos, Switzerland RIS.612.132
RatExFix Connection element 10% RISystem AG Davos, Switzerland RIS.612.133
RatExFix Main body RISystem AG Davos, Switzerland RIS.611.101
RatExFix InterlockingScrew RISystem AG Davos, Switzerland RIS.412.110
RatExFix Mounting pin 0.85 mm RISystem AG Davos, Switzerland RIS.412.100
RatExFix Saw Guide 100% 5 mm RISystem AG Davos, Switzerland RIS.312.100
Accu Pen 6V+ RISystem AG Davos, Switzerland RIS.390.211
HandDrill RISystem AG Davos, Switzerland RIS.390.130
Drill Bit 0.79 mm RISystem AG Davos, Switzerland RIS.593.203
Gigly wire saw 0.22 mm RISystem AG Davos, Switzerland RIS.590.100
Square box wrench 0.70 mm RISystem AG Davos, Switzerland RIS.590.112
Square box wrench 0.50 mm RISystem AG Davos, Switzerland RIS.590.111
Centering bit 1.00 mm RISystem AG Davos, Switzerland RIS.592.205
Scalpel Blade handle Fine Science tools
Scalpel Blade (Size 15) Fisher Scientific
Tissue Forceps Fine Science tools
Scissors Fine Science tools
Retractor Fine Science tools
Needle Holder Fine Science tools
Henahan Elevator Fine Science tools
S-shape curved dissecting and ligature forceps  Fine Science tools 2
Dressing Forceps Fine Science tools 2
Sterile Fenestrated drape Fisher Scientific for surgery
Sterile gauze Fisher Scientific for surgery
5 ml syringe  Fisher Scientific  for irrigation of defect
24-27G needle  Fisher Scientific  for irrigation of defect
1 cc Insulin syringes  Fisher Scientific for drug injections
sterile saline  Fisher Scientific for bone defect irrigation
sterile gloves Fisher Scientific to perform surgeries
chlorohezadine Fisher Scientific disinfecting solution for surgical site
Vicryl suture 4-0 with SH-1 Fisher Scientific to suture muscle 
Ethibond suture 3-0  Fisher Scientific to suture skin
Isofluorine Sigma-Aldrich for anesthesia
Buprenorphine Sigma-Aldrich analgesia during and after the surgery
Cefazolin Sigma-Aldrich antibiotic during and after the surgery 
Sprague-Dawley Rats or any other strain Charles River Laboratories International, Inc. (Wilmington, MA USA) 

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References

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