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Method Article
Das Tibiafraktur-Pin-Modell ist ein klinisch relevantes Modell des orthopädischen Traumas, das eine einseitige offene Tibiafraktur mit interner Fixierung des Marknagels und gleichzeitiger Verletzung des Musculus tibialis anterior umfasst. Die thermische Empfindlichkeit in diesem Modell kann mit einem 45-s-Heizplattenparadigma gemessen werden.
Das Tibiafraktur-Pin-Modell ist ein Mausmodell für orthopädische Traumata und Operationen, das die komplexen Muskel-, Knochen-, Nerven- und Bindegewebsschäden rekapituliert, die sich bei dieser Art von Verletzung beim Menschen manifestieren. Dieses Modell wurde entwickelt, weil frühere Modelle des orthopädischen Traumas keine gleichzeitige Verletzung mehrerer Gewebetypen (Knochen, Muskeln, Nerven) umfassten und nicht wirklich repräsentativ für komplexe orthopädische Traumata beim Menschen waren. Die Autoren modifizierten daher bisherige Modelle des orthopädischen Traumas und entwickelten das Tibiafraktur-Pin-Modell. Dieses modifizierte Frakturmodell besteht aus einer einseitigen offenen Tibiafraktur mit interner Fixation des Marknagels (IMN) und gleichzeitiger Verletzung des Musculus tibialis anterior (TA), was zu einer mechanischen Allodynie führt, die bis zu 5 Wochen nach der Verletzung anhält. Diese Protokollreihe beschreibt die detaillierten Schritte zur Durchführung des klinisch relevanten orthopädischen Trauma-Tibia-Fraktur-Pin-Modells, gefolgt von einem modifizierten Heizplatten-Assay zur Untersuchung nozizeptiver Veränderungen nach orthopädischen Verletzungen. Zusammengenommen werden diese detaillierten, reproduzierbaren Protokolle es Schmerzforschern ermöglichen, ihr Instrumentarium für die Untersuchung von orthopädischen traumainduzierten Schmerzen zu erweitern.
Orthopädische Traumata sind für 25 % aller Verletzungen verantwortlich, die jedes Jahr weltweit von fast 500 Millionen Menschen erlittenwerden 1,2,3. Orthopädische Traumata können mit komplexen Muskel-, Knochen-, Nerven- und Bindegewebsschäden einhergehen, die einen Krankenhausaufenthalt und eine Operation erforderlich machen, um eine angemessene Genesung zu gewährleisten 3,4. Akute und chronische Schmerzen nach einem orthopädischen Trauma können zu erheblichen physischen, psychischen und finanziellen Belastungen führen, die die Lebensqualität des Patienten beeinträchtigen 1,4. Darüber hinaus ist die orthopädische Chirurgie zur Stabilisierung und Fixierung von Frakturen auch mit starken akuten und chronischen postoperativen Schmerzen verbunden 5,6,7,8,9.
Die Mechanismen, die akuten und chronischen traumabedingten Schmerzen zugrunde liegen, müssen besser verstanden werden, um bessere Behandlungen zu entwickeln. Um dies zu erreichen, sind zuverlässige, reproduzierbare und klinisch relevante präklinische Modelle erforderlich. Da die meisten Tiermodelle für orthopädische Traumata keine gleichzeitige Verletzung mehrerer Gewebetypen (Knochen, Muskeln, Nerven) beinhalteten, waren sie nicht wirklich repräsentativ für komplexe orthopädische Traumata des Menschen, z. B. Traumata nach Stürzen, Autounfällen oder kriegsbedingten Verletzungen10,11. Aus diesem Grund haben wir das Tibiafraktur-Pin-Mausmodell entwickelt, um die wichtigsten Manifestationen solcher Verletzungen zu untersuchen, einschließlich Knochen- und Muskelgewebeschäden sowie akuter und chronischer Schmerzen11. Das Tibiafraktur-Pin-Modell besteht aus einer einseitigen offenen Tibiafraktur mit IMN-interner Fixation und gleichzeitiger TA-Muskelverletzung. Histologische Schnitte der TA zeigen eine Verletzung des Muskels, bei der sich bereits 2 Wochen nach der Verletzung eine dichte Fibrose mit einem damit verbundenen Verlust großer, reifer Muskelfasern entwickelt. Darüber hinaus ist der Frakturkallus 4 Wochen nach der Verletzung in der Mikrocomputertomographie (microCT) sichtbar und wird weiterhin umgebaut11.
Verschiedene reflexive und nichtreflexive Verhaltensassays können verwendet werden, um die sensorischen und affektiven Komponenten des Schmerzes im Tibiafraktur-Pin-Modell zu bewerten. Zum Beispiel kann man die Von-Frey-Filamente verwenden, um mechanische Überempfindlichkeit in diesem Modell zu demonstrieren. Tatsächlich entwickeln Mäuse nach einer Tibiafraktur-Pin-Operation eine lang anhaltende mechanische Überempfindlichkeit in der ipsilateralen Hinterpfote11. Ein weiteres besonders nützliches Verhaltensparadigma ist der Hot-Plate-Assay, der traditionell die Latenz bis zum Rückzug der Pfote zu einem thermischen Reiz misst. Obwohl dieser Assay seit Jahrzehnten verwendet wird12 und damit ein echter Goldstandard in der präklinischen Schmerzforschung ist, hat die Messung des reflexiven Verhaltens allein seine Grenzen13. Als Ergebnis haben wir ein modifiziertes Heizplattenparadigma entwickelt, das Elemente sowohl reflexiver als auch nichtreflexiver Reaktionen in der Einstellung eines thermischen Reizeserfassen kann 14.
Dieser modifizierte Heizplatten-Assay bestimmt die anfängliche Ansprechlatenz wie im ursprünglichen Heizplattentest und einen erweiterten Beobachtungszeitraum, um zusätzliches nozifensives Verhalten aufzuzeichnen. Durch die Kategorisierung dieser ausgedehnten Verhaltensweisen in verschiedene Kategorien (Zucken, Lecken, Bewachen, Springen) kann die nichtreflexive Reaktion auf den thermischen Reiz erfasst werden. Zucken ist das schnelle Entfernen der Pfote und/oder das Spreizen der Finger, aber das Glied wird schnell wieder auf die heiße Platte gelegt. Sowohl das Lecken als auch das Beißen der Hinter- und Vorderpfoten werden zu Analysezwecken als Lecken definiert. Guarding ist das fortgesetzte Anheben der Extremität über das Ende der afferenten nozizeptiven Information hinaus. Schließlich ist das Springen das Entfernen aller vier Gliedmaßen von der Heizplattenoberfläche. Diese Verhaltensweisen können einzeln analysiert und mit besonderer Sorgfalt gruppiert werden, um die anfängliche Reaktionslatenz zu notieren.
Alle Methoden, die bei der Durchführung dieser Forschung verwendet wurden, wurden in Übereinstimmung und mit Genehmigung des Stanford University Administrative Panel on Laboratory Animal Care (APLAC #33114) in Übereinstimmung mit den Richtlinien der American Veterinary Medical Association und der International Association for the Study of Pain durchgeführt. Mäuse (C57BL/6J, 9-11 Wochen alt bei Ankunft, 11-12 Wochen alt bei Studienbeginn) wurden 2-5 pro Käfig untergebracht und in einem 12-stündigen Hell-Dunkel-Zyklus in einer temperaturkontrollierten Umgebung mit ad libitum Zugang zu Futter und Wasser gehalten. Männliche Mäuse wogen zu Beginn der Studie etwa 25 g. In der Materialtabelle finden Sie Einzelheiten zu allen in dieser Studie verwendeten Materialien.
1. Grundlegende Messungen des Verhaltens
2. Anästhesie/Vorbereitung
3. Chirurgie
4. Nach der Operation
5. Prüfung der Heizplatte
HINWEIS: Die Messungen nach einer Verletzung können 7 Tage nach der Operation an einem Schienbeinfraktur-Stift beginnen. Um den Effekt des Lernens in diesem Paradigma zu vermeiden, führen Sie den Test einmal nach der Operation durch und vergleichen Sie ihn mit unverletzten Kontrollen.
Das Orthotrauma-Modell des Tibia-Frakturstifts reproduziert die knochen-, muskel- und schmerzähnlichen Verhaltensweisen, die bei komplexen menschlichen Verletzungen zu beobachten sind. Wie in Abbildung 1C gezeigt, heilt die Tibiafraktur mit der Zeit und bildet an der Frakturstelle einen Kallus, der 4 Wochen nach der Verletzung immer noch zu sehen ist. Infolge des oben beschriebenen lateralen Zugangs mit der Knochensäge (Schritt 3.5) wird der Musculus tibia...
Kritische Schritte innerhalb des Protokolls
Es ist wichtig, während der gesamten Operation sterile Bedingungen aufrechtzuerhalten. Darüber hinaus ist die richtige Tierpflege vor, während und nach der Operation von größter Bedeutung für die erfolgreiche Generierung des Modells. Wie bereits erwähnt, wird bei der Durchführung der Operation der Knochen von der lateralen Seite gebrochen, um eine Muskelverletzung zu gewährleisten. Achten Sie darauf, die Tibia nicht...
Die Autoren haben keine relevanten Interessenkonflikte offenzulegen.
GM wird durch ein NDSEG Graduate Fellowship und ein Stanford Bio-X Honorary Graduate Fellowship unterstützt. VLT wird vom NIH NIGMS Grant #GM137906 und der Rita Allen Foundation unterstützt.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
27 G needles | Medsitis | 305136 | https://medsitis.com/products/bd-precisionglide-27-g-x-1-1-4-hypodermic-needles-305136?variant=39724583299 |
5-0 suture | esuture | SN5668 | https://www.esutures.com/product/0-in-date/2-/132-/16552-medtronic-monosof-black-18-p-11-cutting-SN5668/ |
Alcohol swabs | Amazon | B00VS4F91W | https://www.amazon.com/Dynarex-Alcohol-Prep-Sterile-Medium/dp/B00VS4F91W |
Alternative drill bits | Rio Grande | 341602 | https://www.riogrande.com/product/BuschTungstenVanadiumRoundBur Set0314mm/341602 |
Bone saw drill attachment | Amazon | B07DSXR3NY | https://www.amazon.com/dp/B07DSXR3NY |
Buprenorphine | Fidelis Pharmaceuticals | https://ethiqaxr.com/ordering/ | |
Ceramic implant (alternative to pin) | RISystem | RIS.221.103 | https://risystem.com/platefixation/mousescrew |
Chux (Absorbent Underpad) | Fisher Scientific | NC0059881 | https://www.fishersci.com/shop/products/underpad-17x24-chux-300-cs/nc0059881#?keyword=true |
C57BL/6J mice | The Jackson Laboratory | Jax #00664 | https://www.jax.org/strain/000664 |
Cotton swabs | Uline | S-18991 | https://www.uline.com/Product/Detail/S-18991/First-Aid/Cotton-Tipped-Applicators-Industrial-6 |
Cutting pliers | Amazon | B076XYVS6Y | https://www.amazon.com/iExcell-Diagonal-Cutting-Nippers-Chrome-Vanadium/dp/B076XYVS6Y |
Drill | Chewy | 129044 | https://www.chewy.com/dremel-cordless-dog-cat-rotary-nail/dp/156127 |
Drill bits | Amazon | B00HVIGSX2 | https://www.amazon.com/Universal-Diamond-Dremel-Rotary-Tool/dp/B00HVIGSX2 |
Electric shaver | Kent Scientific | CL9990-KIT | https://www.kentscientific.com/products/trimmer-combo-kit/ |
Eye lube | Amazon | B07H2NLCX5 | https://www.amazon.com/OptixCare-Lube-Plus-Hyaluron-Horses/dp/B07H2NLCX5 |
Gauze pads 2" x 2" | Amazon | B07GHDTB53 | https://www.amazon.com/Covidien-Curity-Sterile-Peel-Back-Package/dp/B07GHDTB53 |
Gauze pads 4" x 4" | Amazon | B00KJ6YFTC | https://www.amazon.com/Covidien-6309-Curity-Gauze-Pads/dp/B00KJ6YFTC |
High definition video camera | The Imaging Source | DFK 22AUC03 | https://www.theimagingsource.com/products/industrial-cameras/usb-2.0-color/dfk22auc03/?adsdyn&gclid=Cj0KCQiA3-yQBhD3ARIsAHuHT64uIIlImBvh_ toh-3GFSgBcL_fRc1gQTDyXlqDEa Qu4n2_VbWEiRuIaAiueEALw_wcB |
Inhalational anesthesia system | Kent Scientific | https://www.kentscientific.com/products/vaporizer-with-vetflo-single-channel-anesthesia-stand/ | |
Iodine solution | Amazon | B005FR7XIK | https://www.amazon.com/Dynarex-Povidone-Iodine-Scrub-Solution/dp/B005FR7XIK |
Iodine swab sticks | Amazon | B001V9QKMG | https://www.amazon.com/POVIDONE-IODINE-SWAB-1202-25Box/dp/B001V9QKMG |
Isoflurane | California pet pharmacy | https://www.californiapetpharmacy.com/fluriso-isoflurane-250ml.html | |
NCH Prism Software | https://www.nchsoftware.com/prism/index.html | ||
Plastic Cylinder | Amazon | B08R5KM5B6 | https://www.amazon.com/FixtureDisplays-Acrylic-Diameter-Thickness-15140-8-NPF/dp/B08R5KM5B6 |
Saline | Fisher Scientific | NC9054335 | https://www.fishersci.com/shop/products/saline-injection-0-9-10ml/NC9054335 |
Scalpel | Fisher Scientific | 12-000-162 | https://www.fishersci.com/shop/products/high-precision-10-style-scalpel-blade/12000162#?keyword= |
Scalpel handle | Amazon | B0056ZX1R8 | https://www.amazon.com/Swann-Morton-Scalpel-Handle-blades/dp/B0056ZX1R8 |
Thermal place preference apparatus | BIOSEB | BIO-T2CT | https://www.bioseb.com/en/pain-thermal-allodynia-hyperalgesia/897-thermal-place-preference-2-temperatures-choice-nociception-test.html |
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