Erstellen Starr stabilisierte Frakturen zur Beurteilung intramembranöse Ossifikation, Distraktionsosteogenese, oder Heilung von kritischer Größe Mängel

Zusammenfassung

Dieser Artikel beschreibt ein Verfahren zur Stabilisierung von Frakturen langer Röhrenknochen, die über die Anwendung der modifizierten Ilizarov Fixateur externe beruht ^3.1. Nach Anwendung der Fixateur und Schaffung des Knochen-Verletzungen, Heilung beurteilt werden kann, können Distraktionsosteogenese durchgeführt werden, oder nicht gewerkschaftlich oder kritische Größe Defekt kann erstellt und verwendet werden, um therapeutische Interventionen zu studieren.

Zusammenfassung

Beurteilung Modi Skelettreparatur notwendig für die Entwicklung von Therapien, um klinisch verwendet werden, um Frakturen. Mechanische Stabilität spielt eine große Rolle bei der Heilung von Knochenverletzungen. Im schlimmsten Fall mechanische Instabilität kann zu verzögerten oder nicht gewerkschaftlich beim Menschen führen. Allerdings kann auch Bewegung regen den Heilungsprozess. Bei Frakturen, die Bewegung Knorpel Formen haben, um die Fraktur Knochenenden zu stabilisieren, und dies Knorpel allmählich durch Knochen durch Rekapitulation des Entwicklungsprozesses von enchondralen Ossifikation ersetzt. Im Gegensatz dazu, wenn ein Knochenbruch starr stabilisiert ist Knochen bildet direkt über intramembranöse Ossifikation. Klinisch sowohl enchondralen und intramembranöse Ossifikation gleichzeitig auftreten. Um effektiv zu replizieren diese Verfahren Ermittler mit einer Nadel in die Markhöhle des gebrochenen Knochens durch Bonnarens ⁴ beschrieben. Diese experimentelle Methode bietet eine hervorragende seitliche Stabilität und ermöglicht RotatioNAL Instabilität zu bestehen. Allerdings kann unser Verständnis der Mechanismen, die diese beiden unterschiedlichen Prozesse regulieren auch experimentell durch Isolieren jeder dieser Prozesse verbessert werden. Wir haben eine Stabilisierung Protokoll, das Rotations-und seitlichen Stabilisierung liefert entwickelt. In diesem Modell ist intramembranöse Ossifikation die einzige Art der Heilung, die beobachtet wird, und Heilung Parameter können zwischen verschiedenen Stämmen von Mäusen ^5-7, nach dem Aufbringen von bioaktiven Molekülen ^8,9, nach der Änderung physiologische Parameter der Heilung ¹⁰ verglichen werden, nach der Änderung der Menge oder der Zeitpunkt der Stabilisierung ¹¹ nach Distraktionsosteogenese ^12, nach der Erzeugung eines nicht-Einheit ^13, oder nach dem Erstellen einer kritischen Größe Defekt. Hier zeigen wir, wie man die modifizierte Ilizarov Fixateur für das Studium Tibia Frakturheilung und Distraktionsosteogenese bei Mäusen anzuwenden.

Protokoll

Alle Arbeiten wurden von der UCSF Institutional Animal Care und Use Committee genehmigt und entsprechen den nationalen Richtlinien.

1. Vorbereitung der Fixatoren vor der Operation

1. Vor dem Erstellen stabilisierte Fraktur, braucht man, um das benutzerdefinierte Design-Fixateur externe Gerät zusammenzubauen. Dem individuell gestalteten externe Fixation Rahmen bestand aus zwei Aluminium-Ringe von drei Edelstahl-# 0/56 Gewindestangen, 8 # 2/56 Sechskantmuttern und 17 passende Befestigungsschrauben (Small Part Inc., Miami Lakes, FL ³⁾ stabilisiert.
2. Zwei Aluminium-Ringe sind pro Fraktur benötigt. Um einen Ring montieren 4 # 2/56 Sechskantmuttern (kleiner Teil Inc., Miami Lakes, FL) und passende Schrauben in die entsprechenden Löcher, sollten sie bleiben locker. Dies wird der proximale Ring sein. An dem distalen Ring montieren 3 Schrauben und Muttern, nicht erneut nicht voll anziehen.

2. Anästhesie-, Bruch der Schöpfung, und Fixateur

1. Mäuse (Alter, Geschlecht, Körper undGew. werden von den Kunden bestimmt) werden anästhesiert durch intraperitoneale Injektion von Ketamin 50mg/ml, 0,5 mg / ml Medetomidin (0,03 ml / Maus).
2. Bewerben Auge Schmiermittel für die Augen der Mäuse und setzen Sie ein Stück Klebeband über ihren Kopf, ihre Augen während des Verfahrens zu schützen.
3. Das Tier wird auf einem Heizkissen für den Rest des Verfahrens platziert.
4. Transfix die proximale und distale Metaphyse der linken Tibia mit vier 0,25 mm sterilen Insekten Stifte (Korrosionsschutzbinde: Fine Science Tools, Foster City, CA) durch Anbringen der Stifte zu einem Dremel-Werkzeug und Bohren sie durch den Knochen.
5. Pins sind senkrecht zu der Längsachse der Tibia, und 90 ° zueinander. Mindestens 10 mm zwischen dem proximalen und distalen Stiften.
6. Positionieren Sie den ersten Ring über den proximalen Stifte mit den Muttern nach innen, in Richtung der Pins. Sichern Sie die Stifte in den Ring hält das Schienbein zentral innerhalb der Alu-Ring positioniert.
7. Positionieren Sie den zweiten Ring unterhalb des diStal Stifte und sichern Sie die Stifte in den Ring mit den Sechskantmuttern wie zuvor. Fügen Sie die vierte Mutter-Bolzen Kombination mit dem distalen Fixateur.
8. Erstellen Sie die Querfraktur durch Drei-Punkt-Biegung mit einer entsprechenden Vorrichtung. Wir nutzen das System der Schwerkraft Bonnarens und Einhorn ^4. Zeigen Sie mit der posterolateralen Oberfläche des Schienbeins in den Blöcken, heben Sie das Gewicht auf eine vorgegebene Höhe entlang der Fallarm-and-Drop das Gewicht, so dass es Kontakte die anterolaterale Seite des Schienbeins, um den stumpfen Bruch zu erzeugen. Die Höhe wird das Gewicht von Bedürfnissen sank um für jeden Stamm der Maus, um einen einzigen Bruch des Schienbeins ausschließlich gewährleisten ermittelt werden.
9. Fraktur wird durch Röntgenstrukturanalyse bestätigt.
10. Nach der Bestätigung der Fraktur, sind drei Edelstahl # 0/56 Gewindestangen an den Ringen befestigt. Ausgehend von dem distalen Ende nach der Stange und Einfädeln einer Mutter auf dem distalen Ring, um die Stange zu sichern. Dann legen Sie eine andere Mutter auf der Stange, wird der proximale Ring an der Oberseite des n sitzenut. Stellen Sie sicher, dass die beiden Ringe in gleichen Abständen stattfinden wird und nicht belasten die Stifte. Sichern Sie den proximalen Ring an den Stäben mit einer dritten Mutter.
11. Subkutane Injektion von Buprenorphin (1,0 mg / kg) für die Analgesie werden sofort nach der Operation und die Tiere für Schmerz und Buprenorphin gegebenen überwacht nach Bedarf.
12. Anästhesie wird durch die Gabe von Atipamezol umgekehrt, und Tiere werden überwacht, bis sie reagieren und ambulating sind.

3. Distraktionsosteogenese (siehe auch: ^12,13)

Um dieses Verfahren zu ändern, um Platz für Distraktionsosteogenese ist unkompliziert. Die Ringe werden in ihrer Position durch Gewindestangen gehalten, und durch Drehen der Muttern, mit denen die Stäbe an Ort und Stelle können die Ringe auseinander bewegt werden.

1. Latenz: Für Standard-Distraktionsosteogenese mit diesem Modell die Fixateure werden auf der Tibia platziert und allein für eine Latenzzeit von 5 Tage Zeit.
2. Ablenkung: Ablenkung osteogenesis kann durch Drehen der Muttern an den Stabilisierungsstangen ¼ Umdrehung (0,25 mm) jeden Tag 7 Tage durchgeführt werden.
3. Reifung: knöcherne Überbrückung wird durch 10 Tage lang beobachtet und vollständige Konsolidierung wird durch 27 Tage nach Abschluss der Ablenkung beobachtet.

4. Schaffung einer kritischen Sized Defect

Um eine kritische Größe Defekt verursachen die Fixateur externe werden angewendet, wie zuvor mit den folgenden Modifikationen.

1. Vor Beginn des Verfahrens wird die Haut mit 70% Ethanol gereinigt.
2. Die Fixateure sind komplett vor dem Erstellen der Defekt appliziert.
3. Die Maus wird dann unter dem Präpariermikroskop Ort, um die mediale Tibia zu visualisieren, und einen Einschnitt (5-7 mm) mit einem # 10 Klinge auf einem Skalpell.
4. Der Muskel wird durchtrennt und sanft getrennt, um die Mitte der Diaphyse der Tibia freizulegen.
5. Ein 3 mm Segment des Knochens wird dann ab Mitte der Diaphyse mit einer Schere entfernt. Mit ter Punkt der Schere wird der Knochen langsam weg und schnitt Knochenfragmente werden mit einer Pinzette bei Bedarf entfernt werden. Es sollte mit den Spitzen der Schere getroffen werden, um zu vermeiden Verschieben der Tibia mit einer großen mechanischen Kraft.
6. Untersuchen die chirurgische Stelle um sicherzustellen, dass keine Knochenfragmente, da diese die Heilung zu fördern könnte.
7. Ersetzen Sie die Muskeln rund um die abgestumpften Enden des Schienbeins.
8. Schließen Sie den Schnitt auf der Haut mit 2-3 Fäden von 6-0 Polyamin Monofilament.
9. Die Betäubung wird umgekehrt und die Tiere überwacht Schmerzen und gegebenen Analgetika, wie zuvor beschrieben.

5. Repräsentative Ergebnisse

Wenn sie richtig angewendet wird, bieten die Fixateur externe steifer Stabilität des geschlossenen Tibiafraktur mit ausgezeichneten Reduktion (Abb. 1, 2). In einigen Fällen nicht ausreichend Reduktion (offensichtlich ein großer Spalt zwischen Knochenenden oder mehrere Brüche auftreten (Abb. 3 ), Und diese Mäuse werden von der Analyse ausgeschlossen. Frakturen stabilisiert mit dieser Methode heilen in erster Linie über intramembranöse Ossifikation (Abb. 4). Im Gegensatz dazu, wenn der Bruch nicht stabilisiert ist eine große Knorpel Kallus wird in den Spalt der Fraktur (5) gebildet ist, und dies wird durch Knochen durch das Verfahren nach intramembranöse Ossifikation ersetzt.

1. Röntgenaufnahmen, welches eine externe Fixiervorrichtung verwendet, um Tibiafraktur stabilisieren. Röntgenbild nach der Fraktur zeigen einen gut ausgerichteten Knochensegmenten (Pfeilspitze) übernommen.

2. Bild von einer Maus nach dem Fixateur angewendet wurde.

Abbildung 3. Röntgenaufnahme nach f genommenracture zeigt falsch ausgerichtet und fragmentierten Knochen Segmente (Pfeilspitze).

Abbildung 4. Stabilisierte Fraktur heilt über intramembranöse Ossifikation. Trichromfärbung von stabilisierten Fraktur zeigt einige neue Knochen (b) bei Fraktur. Maßstab = 500 um.

Abbildung 5. Non-stabilisierte Fraktur heilt über enchondralen Ossifikation. Trichromfärbung von nicht stabilisierten Fraktur zeigt Knorpel (c) und Knochen (b) bei Fraktur. Maßstab = 500 um.

Diskussion

Bones von zwei unterschiedlichen Modalitäten je nach mechanischer Stabilität (: ¹⁴ bewertet in) zu heilen. Wenn links instabil einen großen Knorpel-Vorlage Formen im Frakturspalt, die durch Knochen ersetzt wird, um die beiden Enden des gebrochenen Knochens zu überbrücken. Proximal und distal der Pause bildet der Knochen direkt durch intramembranöse Ossifikation im Periost und Endost. Im Gegensatz dazu tritt bei stabilen Frakturen Heilung ausschließlich über intramembranöse Ossifikation ^3. ...

Materialien

Name	Company	Catalog Number	Comments
Name des Reagenzes	Firma	Katalog-Nummer	Kommentare
0,25 mm Pin Insekt	Fine Science Tools	26000-25	Verdunkelten eloxiert Stahl, 0,25 mm Stangendurchmesser, 4cm Länge
Edelstahl-Sechskantmutter	Kleinteile	# 2-56	1/8 "Länge, 56 Fäden pro Zoll
Edelstahl-Sechskantmutter	Kleinteile	# 0-80	1/8 "lang, 80 Fäden pro Zoll
Stainless Steel Maschinenschraube	Kleinteile	# 0-80	1/8 "lang, 80 Fäden pro Zoll
Edelstahl-Maschinen-Schnitt Gewindestange	Kleinteile	# 0-80	6 "Länge, 80 Fäden pro Zoll
18-8 Stainless Steel Head Machine ScREW	McMaster-Carr		2-56 Gewinde, 3/6 "Länge
Externe Befestigungsvorrichtung	Maschinenhalle	Kundenspezifische