设计、执行和解释涉及啮齿动物骨骼全骨弯曲试验的研究的实际考虑因素

摘要

啮齿动物骨骼的机械测试是提取有关骨骼对骨折的易感性信息的宝贵方法。由于缺乏适当的实践理解，结果可能会被过度解释或缺乏有效性。该协议将作为指南，以确保准确执行机械测试以提供有效和功能数据。

摘要

导致骨折的骨骼脆性是美国的公共卫生危机，每年导致 150 万例骨折和 180 亿美元的直接护理费用。了解骨病的潜在机制和对治疗的反应的能力不仅是需要的，而且是至关重要的。骨骼的力学测试是了解和量化骨骼对骨折的易感性的宝贵技术。虽然这种方法看起来很容易执行，但如果用户忽略管理假设和关键步骤，可能会得出不适当和不准确的结论。随着研究继续发表，滥用方法和对结果的错误解释，跨学科都观察到了这一点。该协议将作为与机械测试相关的原理以及这些技术应用的入门书 - 从考虑样本量到组织收获和储存，再到数据分析和解释。有了这些，就可以获得有关骨骼骨折易感性的宝贵信息，从而进一步了解学术研究和临床解决方案。

引言

骨骼的机械测试是提取与骨骼骨折易感性相关的功能信息的主要方法。在临床前研究中，可以使用几种测试方式，但到目前为止，最常见的是长骨的弯曲。这些测试易于执行，可用于从人类到小鼠大小不等的骨骼。由于小鼠是临床前研究中最常研究的动物之一，因此该协议将侧重于对小鼠的股骨和胫骨进行的弯曲测试。

在进行弯曲测试之前，必须正确采集和储存骨头。传统上，最常见的储存方法是在盐水浸泡的纱布中冷冻骨头，单独在盐水中冷冻，或在乙醇中脱水骨头 ¹。与冷冻储存的骨头相比，储存在乙醇中的骨头已被证明具有更高的刚度和弹性模量，并降低了变形参数¹。即使在测试前对骨骼进行补水也无法将这些特性恢复到正常水平 ¹.浸没在盐水中储存可能会对骨骼造成损伤，因为随着盐水的膨胀而施加压力。此外，需要完全解冻溶液才能取出骨头进行显微计算机断层扫描 （μCT） 扫描。因此，将新鲜收获的骨头冷冻在盐水浸泡的纱布中已成为标准储存方法，并在整个协议中推荐。

由于骨骼的大小和形状会影响其体积强度，并且许多疾病模型会显着改变骨骼的大小和形态，因此使用工程原理来规范化大小的影响，以产生估计组织行为的属性².这种方法需要故障位置的横截面几何形状，最常使用μCT获取，以便在测试之前对骨骼进行扫描。μC....

研究方案

本协议中描述的涉及动物的所有程序均已在程序之前获得印第安纳大学科学学院机构动物和使用委员会 （IACUC） 的批准。该程序中描述的动物通过吸入 CO₂进行安乐死，然后进行颈椎脱位作为安乐死的次要手段。

1. 骨头的收获、储存和解冻

1. 收获和储存
   1. 将鼠标腹侧朝上放置。使用手术刀（或剃须刀片或剪刀）在一侧股骨和骨盆的近似交界处切开一个切口。
   2. 继续向背侧进行初始切口，直到找到髋关节;寻找股骨头，它看起来像一个附着在骨盆上的白色小球体。
   3. 用手术刀的边缘对股骨头的近端边缘施加压力，直到股骨头从窝中弹出。切除额外的组织，将后肢从胴体的其余部分中解放出来。
   4. 在隔离后肢的情况下，通过诱导膝关节屈曲来分离胫骨和股骨。在膝盖前表面沿内侧-外侧方向移动手术刀，切开任何相邻组织，包括骨骼之间的韧带。
   5. 如果这不能分离骨骼，请伸展膝关节以允许进入后表面。注意避免割伤骨头或刮伤关节软骨。
   6. 股骨和胫骨分离后，通过弯曲关节并在关节后表面使用内侧-外侧锯切运动将后足从胫骨上移开。如有必要，伸展关节以暴露前表面。小心避免割伤骨头。
   7. 分离后，清洁所有粘附软组织的骨骼。如果对胫骨进行四点弯曲测试，也要切除腓骨。腓骨在近端由韧带连接，但在骨远端附近与胫骨融合。在连接点附近使用锋利的剪刀分离腓骨。

讨论

在整个扫描和测试过程中，有时需要进行故障排除和优化。第一种发生在使用μCT扫描骨骼时。虽然许多系统都带有一个支架，可以在其中固定和扫描一个物体，但可以制造定制支架来同时扫描多个骨骼。扫描多块骨骼可能是一个很好的优化点，但在整个扫描和分析过程中应谨慎行事，以确保不会诱发伪影。当 X 射线以每个角度增量穿过（并被衰减）不同数量的骨组织时，这可能导致结果数据不准.......

材料

Name	Company	Catalog Number	Comments
CTAn	Bruker	NA	CT Scan Analysis Software
DataViewer	Bruker	NA	CT Scan Rotation Software
Matrix Laboratory (MATLAB) 2023a	MathWorks	NA	Coding platform used for data analysis
NRecon	Bruker	NA	CT Scan Reconstruction software
SKYSCAN 1272-100 kV w/ 16 MP CCD detector, incl 3D Suite Software	Micro Photonics Inc	SKY-016814	Micro-CT system that can non-destructively visualize up to 209 mPs in every virtual slice through an object