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Method Article
Hier präsentieren wir ein Protokoll, um den Femurschaft von Wistar-Albinoratten iatrogen zu brechen und die Entwicklung des Kallus zu verfolgen. Dieses Femurosteotomiemodell kann Forschern helfen, den Prozess der Frakturheilung zu bewerten und zu untersuchen, wie ein Medikament die Frakturheilung beeinflussen könnte.
Frakturheilung ist ein physiologischer Prozess, der zur Regeneration von Knochendefekten durch die koordinierte Wirkung von Osteoblasten und Osteoklasten führt. Osteoanabole Medikamente haben das Potenzial, die Reparatur von Frakturen zu verbessern, haben aber Einschränkungen wie hohe Kosten oder unerwünschte Nebenwirkungen. Das Knochenheilungspotenzial eines Medikaments kann zunächst durch In-vitro-Studien bestimmt werden, für den endgültigen Machbarkeitsnachweis sind jedoch In-vivo-Studien erforderlich. Unser Ziel war es, ein Femurosteotomie-Nagetiermodell zu entwickeln, das Forschern helfen könnte, die Entwicklung der Kallusbildung nach einer Fraktur des Femurschaftes zu verstehen und festzustellen, ob ein potenzielles Medikament knochenheilende Eigenschaften hat. Erwachsene männliche Wistar-Albinoratten wurden nach Freigabe durch das Institutional Animal Ethics Committee verwendet. Die Nagetiere wurden betäubt, und unter aseptischen Bedingungen wurden vollständige Querfrakturen am mittleren Drittel der Oberschenkelknochenschaft mittels offener Osteotomie erzeugt. Die Frakturen wurden reduziert und innerlich mit intramedullären K-Drähten fixiert, und die sekundäre Frakturheilung konnte stattfinden. Nach der Operation wurden intraperitoneale Analgetika und Antibiotika für 5 Tage verabreicht. Sequentielle wöchentliche Röntgenaufnahmen beurteilten die Kallusbildung. Die Ratten wurden basierend auf radiologisch vorgegebenen Zeitpunkten geopfert, und die Entwicklung des Frakturkallus wurde radiologisch und immunhistochemisch analysiert.
Knochen ist ein dichtes Bindegewebe, das aus knochenbildenden Zellen, den Osteoblasten, und knochenresorbierenden Zellen, den Osteoklasten, besteht. Frakturheilung ist ein physiologischer Prozess, der zur Regeneration von Knochendefekten durch die koordinierte Wirkung von Osteoblasten und Osteoklasten führt1. Bei einer Fraktur sind osteoblastische und osteoklastische Aktivität an der Frakturstelle einige der wichtigen Faktoren, die die Knochenheilung bestimmen2. Wenn die Frakturheilung von ihrem normalen Verlauf abweicht, führt dies zu einer verzögerten Vereinigung, Malunion oder Nichtvereinigung. Eine Fraktur wird als nicht vereint bezeichnet, wenn die Vereinigung der Fraktur für 9 Monate fehlschlägt, ohne dass die Reparatur in den letzten 3 Monaten fortschreitet3. Bei etwa 10%-15% aller Frakturen kommt es zu einer Verzögerung der Reparatur, die zu einer Nichtvereinigung führen kann4. Die Nichtvereinigungsrate für alle Frakturen beträgt 5% -10% und variiert je nach Knochen und Frakturstelle5.
Das derzeitige Regime für die Behandlung der Nichtvereinigung von Frakturen umfasst chirurgische und / oder medizinische Modalitäten. Derzeit können verzögerte oder fehlende Frakturen durch chirurgische Strategien wie Knochentransplantation überwunden werden. Die Knochentransplantation hat jedoch ihre Einschränkungen und Komplikationen wie die Verfügbarkeit von Transplantatgewebe, Schmerzen an der Spenderstelle, Morbidität und Infektion6. Die medizinische Behandlung umfasst osteoanabole Medikamente wie Knochenmorphogenetisches Protein (BMP) und Teriparatid (Parathormonanalogon). Derzeit verwendete osteoanabole Mittel haben das Potenzial, die Reparatur von Frakturen zu verstärken, haben jedoch Einschränkungen wie exorbitante Kosten oder unerwünschte Nebenwirkungen7. Daher besteht Spielraum für die Identifizierung kostengünstiger, nicht-chirurgischer Alternativen für die Knochenheilung. Das Knochenheilungspotenzial eines Medikaments kann zunächst durch In-vitro-Studien bestimmt werden, für den endgültigen Machbarkeitsnachweis sind jedoch In-vivo-Studien erforderlich. Ein Medikament, von dem bekannt ist, dass es die Knochenheilung verbessert, sollte in vitro bewertet werden und, wenn es sich als vielversprechend erweist, für In-vivo-Tiermodellstudien verwendet werden. Wenn sich herausstellt, dass das Medikament die Knochenbildung und den Umbau im In-vivo-Modell fördert, könnte es zur nächsten Stufe (d. H. Klinische Studien) übergehen.
Die Beurteilung der Frakturheilung bei Tieren ist ein logischer Schritt nach vorne, um einen neuartigen Wirkstoff zu bewerten, der für die Knochenheilung eingeführt wurde, bevor er am Menschen getestet wird. Für in vivo Tiermodellstudien zur Frakturheilung sind Nagetiere zu einem immer beliebteren Modell8 geworden. Die Nagetiermodelle haben aufgrund der niedrigen Betriebskosten, des begrenzten Platzbedarfs und der geringeren Zeit für die Knochenheilung zunehmendes Interesse geweckt9. Darüber hinaus verfügen Nagetiere über ein breites Spektrum an Antikörpern und Gentargets, die Untersuchungen zu den molekularen Mechanismen der Knochenheilung und -regeneration ermöglichen10. Eine Konsensussitzung hob verschiedene Knochenheilungsmodelle für Kleintiere umfassend hervor und konzentrierte sich auf die verschiedenen Parameter, die die Knochenheilung beeinflussen, sowie mehrere Kleintierfrakturmodelle und Implantate11.
Grundlegende Bruchmodelle können grob in offene oder geschlossene Modelle unterteilt werden. Geschlossene Frakturmodelle verwenden eine Drei- oder Vierpunktbiegekraft auf den Knochen und erfordern keinen konventionellen chirurgischen Ansatz. Sie führen zu schrägen oder spiralförmigen Frakturen, die langen Knochenbrüchen beim Menschen ähneln, aber die fehlende Standardisierung von Frakturort und -dimensionen kann bei ihnen als Störfaktor wirken12. Offene Frakturmodelle erfordern einen chirurgischen Zugang für die Osteotomie des Knochens, helfen, ein konsistenteres Frakturmuster an der Frakturstelle zu erreichen, sind aber im Vergleich zu den geschlossenen Modellen mit einer verzögerten Heilung verbunden13. Die Wahl des Knochens, der zur Untersuchung der Frakturheilung verwendet wird, bleibt aufgrund ihrer Abmessungen und Zugänglichkeit hauptsächlich die Tibia und der Femur. Die Wahl der Frakturstelle ist in der Regel die Diaphyse oder Metaphyse. Die metaphysäre Region wird speziell in Fällen gewählt, in denen die Frakturheilung bei osteoporotischen Probanden untersucht wird, da die Metaphyse stärker von Osteoporose betroffen ist14. Mehrere Implantate wie Markstifte und externe Fixateure können zur Stabilisierung der Fraktur11,15 verwendet werden.
Das Ziel dieser Studie war es, ein einfaches und leicht verständliches Nagetiermodell zu entwickeln, das Forschern helfen könnte, nicht nur die Entwicklung des Kallus nach einer Femurfraktur zu verstehen, sondern auch zu bestimmen, ob ein potenzielles Medikament knochenheilende Eigenschaften hat, indem es den Mechanismus versteht, durch den es wirkt.
Tierversuche wurden nach ethischer Genehmigung des Institutional Animal Ethics Committee (IAEC), AIIMS, Neu-Delhi, Indien (286/IAEC-1/2021) durchgeführt.
1. Präoperatives Verfahren
2. Chirurgisches Verfahren zur Herstellung einer vollständigen Querfraktur durch offene Osteotomie
HINWEIS: Verwenden Sie einen ausgewiesenen Operationssaal mit einem Operationstisch und optimaler Umgebungstemperatur (26 °C) für die Durchführung des Eingriffs.
3. Nachsorge
4. Radiologisches Verfahren
5. Tiereuthanasie und Kallusentnahme
6. Entkalkung von Knochen- und Kallusgewebe
Diese Studie wurde durchgeführt, um ein Femurosteotomiemodell bei Wistar-Albinoratten zu entwickeln. Dieses Modell kann verwendet werden, um die Knochenheilung sowie die osteogene Wirkung eines vielversprechenden osteoanabolen Medikaments bei der Knochenheilung zu bewerten. Die üblichen chirurgischen Vorsichtsmaßnahmen und Protokolle wurden befolgt. Für den Eingriff wurden sterile Kittel, Abdecktücher und chirurgische Geräte verwendet (Abbildung 1). Das Gerät (Tabelle 1
Diese Methode beschreibt klar die Details, die für die Entwicklung eines Frakturosteotomiemodells bei Wistar-Albinoratten erforderlich sind. Dieses Modell kann verwendet werden, um die osteogene Wirkung eines vielversprechenden osteoanabolen Medikaments bei der Frakturheilung zu bewerten und die Feinheiten der Knochenheilung zu verstehen. Das hervorstechende Merkmal dieser Methode ist, dass sie einfach ist und nicht zu viel Zeit oder anspruchsvolle Ausrüstung benötigt. Bei dieser Methode wurden erwachsene männliche W...
Keiner der Autoren hat Interessenkonflikte oder andere finanzielle Offenlegungen.
Die Autoren danken dem Central Council for Research in Homoeopathy (CCRH), Ministry of AYUSH, Govt. of India, für die Forschungsförderung. Die Autoren sind dankbar für die Hilfe und Unterstützung der Central Animal Facility, AIIMS, Neu-Delhi, für ihre Hilfe und Unterstützung bei den Tierversuchen und CMET, AIIMS, Neu-Delhi, für ihre Hilfe und Unterstützung bei Fotografie und Videografie.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
Alcohol | Raman & Weil Pvt. Ltd, Mumbai, Maharashtra, India | MFG/MD/2019/000189 | Sterillium hand disinfectant |
Artery forceps | Nebula surgical, Gujarat, India | G.105.05S | 5", straight |
Bard-Parker handle | Nebula surgical, Gujarat, India | G.103.03 | Size number 3 |
Betadine solution | Win-medicare New Delhi, India | UP14250000001 | 10% w/v Povidone iodine solution |
Cat's-paw skin retractor | Nebula surgical, Gujarat, India | 908.S | Small |
EDTA | Sisco research laboratories Pvt. Ltd, Maharashtra, India | 43272 | Disodium salt |
Eosin | Sigma Aldrich, Merck Life Sciences Pvt Ltd, Mumbai, Maharashtra, India | 115935 | For preparing the staining solution |
Forceps (plain) | Nebula surgical, Gujarat, India | 115.06 | 6", plain |
Forceps (toothed) | Nebula surgical, Gujarat, India | 117.06 | 6", toothed |
Formaldehyde | Sisco research laboratories Pvt. Ltd, Maharashtra, India | 84439 | For preparing the neutral buffered formalin |
Haematoxylin | Sigma Aldrich, Merck Life Sciences Pvt Ltd, Mumbai, Maharashtra, India | 104302 | For preparing the staining solution |
Hammer | Nebula surgical, Gujarat, India | 401.M | |
Injection Cefuroxime | Akumentis Healthcare Ltd, Thane, Maharashtra, India | 48/UA/SC/P-2013 | Cefuroxime sodium IP, 1.5 g/vial |
Injection Ketamine | Baxter Pharmaceuticals India Private Limited, Gujarat, India | G/28-B/6 | Ketamine hydrochloride IP, 50 mg/mL |
Injection Xylazine | Indian Immunologicals Limited, Hyderabad, Telangana, India | 28/RR/AP/2009/F/G | Xylazine hydrochloride USP, 20 mg/mL |
Injection Lignocaine | Jackson laboratories Pvt Limited, Punjab, India | 1308-B | 2% Lignocaine Hydrochloride IP, 21.3 mg/mL |
Injection Tramadol | Intas Pharmaceuticals Limited, Ahmedabad, Gujarat, India | MB/07/500 | Tramadol hydrochloride IP, 50 mg/mL |
K-wire | Nebula surgical, Gujarat, India | 166 (1mm) | 12", double ended |
Mechanical drill for inserting K-wire | Bosch, Germany | 06019F70K4 | GSR 120-LI Professional |
Metzenbaum cutting scissors | Nebula surgical, Gujarat, India | G.121.06S | 6", straight |
Needle holder | Nebula surgical, Gujarat, India | G.108.06 | 6", straight |
Ophthalmic ointment | GlaxoSmithKline Pharmaceutical Limited, Bengaluru, Karnataka, India | KTK/28a/467/2001 | Neomycin, Polymixin B sulfate and Bacitracin zinc ophthalmic ointment USP |
Osteotome (chisel) | Nebula surgical, Gujarat, India | 1001.S.10 | 10 mm, straight |
Periosteal elevator | Nebula surgical, Gujarat, India | 918.10.S | 10 mm, straight |
Pliers cum wire cutter | Nebula surgical, Gujarat, India | 604.65 | |
Reynold’s scissors | Nebula surgical, Gujarat, India | G.110.06S | 6", straight |
Standard semi-synthetic diet | Ashirvad Industries, Chandigarh, India | No catalog number available | Detailed composition provided in materials used |
Steel cup for keeping betadine for application | Local purchase | No catalog number available | |
Steel tray with lid for autoclaving instruments | Local purchase | No catalog number available | |
Sterile gauze | Ideal Healthcare Industries, Delhi, India | E(0047)/14/MNB/7951 | Sterile, 5cmx5cm, 12 ply |
Sterile marble block for support | Local purchase | No catalog number available | Locally fabricated; autoclavable |
Syringe and needle (1 mL) | Becton Dickinson India Pvt. Ltd., Haryana, India | REF 303060 | 1 mL sterile Syringe with 26 G x 1/2 (0.45 mm x 13 mm) needle |
Syringe and needle (2 mL) | Becton Dickinson India Pvt. Ltd., Haryana, India | REF 307749 | 2 mL sterile syringe with 24 G x 1'' (0.55 mm x 25 mm) needle |
Syringe and needle (10 mL) | Hindustan Syringes & Medical Devices Ltd. Faridabad, India | 334-B(H) | 10 mL sterile syringe with 21 G x1.5" (0.80 mm x 38 mm) needle |
Surgical blades (size no.15) | Paramount Surgimed Ltd, New Delhi, India for Medline Industries Inc, IL, USA | REF MDS15115E | Sterile, Single use |
Surgical blades (size no.24) | Paramount Surgimed Ltd, New Delhi, India for Medline Industries Inc, IL, USA | REF MDS15124E | Sterile, Single use |
Sutures | Healthium Medtech Pvt Ltd, Bangalore, Karnataka, India | SN 3318 | 4-0, 16 mm, 3/8 circle cutting needle, monofilament polyamide suture |
Wax block in aluminium tray | Locally fabricated | No catalog number available | 30 cm x 30 cm x 4 cm aluminium tray containing wax (to prevent animal from slipping) |
X-ray machine | Philips India Ltd, Gurugram, Haryana | SN19861013 | Model: Philips Digital Diagnost R 4.2 |
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