Beurteilung der Knochenbruchheilung mittels Mikro-Computertomographie

Zusammenfassung

Die Mikro-Computertomographie (μCT) ist ein zerstörungsfreies bildgebendes Verfahren, das in präklinischen Studien zur Beurteilung der Knochenstruktur beiträgt, jedoch gibt es keinen Konsens über μCT-Verfahren zur Analyse der knochenheilenden Kallus. Diese Studie bietet ein schrittweises μCT-Protokoll, das die Überwachung der Frakturheilung ermöglicht.

Zusammenfassung

Die Mikro-Computertomographie (μCT) ist die gebräuchlichste bildgebende Modalität, um die dreidimensionale (3D) Morphologie von Knochen und neu gebildetem Knochen während der Frakturheilung in translationalen wissenschaftlichen Untersuchungen zu charakterisieren. Untersuchungen zur Heilung von Röhrenknochenbrüchen bei Nagetieren beinhalten in der Regel eine sekundäre Heilung und die Bildung eines mineralisierten Kallus. Die Form des gebildeten Kallus und die Dichte des neu gebildeten Knochens können je nach Zeitpunkt und Behandlung erheblich variieren. Während Standardmethoden zur Quantifizierung von Parametern intakter kortikaler und trabekulärer Knochen weit verbreitet und in kommerziell erhältliche Software eingebettet sind, gibt es keinen Konsens über Verfahren zur Analyse der heilenden Kallus. Das Ziel dieser Arbeit ist es, ein standardisiertes Protokoll zu beschreiben, das den Knochenvolumenanteil und die Kallusmineraldichte im heilenden Kallus quantifiziert. Das Protokoll beschreibt verschiedene Parameter, die bei der Bildgebung und Analyse berücksichtigt werden sollten, einschließlich der Probenausrichtung während der Bildgebung, der Größe des interessierenden Volumens und der Anzahl der Schichten, die konturiert werden, um die Hornhaut zu definieren.

Einleitung

Die Mikro-Computertomographie (μCT)-Bildgebung ist in der präklinischen Knochenforschung weit verbreitet und liefert nicht-invasive, hochauflösende Bilder zur Beurteilung der Mikrostruktur von Knochen 1,2,3,4,5. Bei der μCT handelt es sich um eine große Anzahl von Röntgenbildern, die von einer rotierenden Probe oder unter Verwendung einer rotierenden Röntgenquelle und eines Detektors aufgenommen werden. Algorithmen werden verwendet, um volumetrische 3D-Daten in Form eines Stapels von Bildschichten zu rekons....

Protokoll

Das folgende Protokoll wurde entwickelt, um den langknochenheilenden Kallus, der von euthanasierten Mäusen gewonnen wurde, zu charakterisieren. Die meisten Schritte können jedoch auf Ratten angewendet und auch für In-vivo-Scans von Knochenbrüchen verwendet werden. Das Protokoll beschreibt ein bestimmtes μCT-System und eine bestimmte Bildverarbeitungs-, Analyse- und Visualisierungssoftware (siehe Materialtabelle), die Methodik ist jedoch allgemein auf andere Scanner und Software anwendbar. Das Protokoll wurde vom Institutional Animal Care and Use Committee des Pennsylvania State University College of Medicine genehmigt. Bei den in dieser Studi....

Ergebnisse

Um die Knochenbildung während der Frakturheilung zu überwachen, wurde bei adulten, männlichen C75BL/6J-Mäusen eine mitteldiaphysäre offene Tibiafraktur induziert. Die Fraktur wurde mit einem Marknagel stabilisiert, einem etablierten Modell der Sekundärheilung¹³. Das Kallusgewebe wurde an den Tagen 14, 21 und 28 nach der Fraktur^{entnommen 12}. Diese Zeitpunkte repräsentieren verschiedene Phasen der Heilung. Die endochondrale Knochenbildung während der sekundären Knoch.......

Diskussion

Der Zweck dieser Studie ist es, ein detailliertes Protokoll für die μCT-Analyse mit dem Ziel einer genauen Quantifizierung der 3D-mineralisierten Kallusstruktur zu beschreiben, die bei Knochen- und Frakturheilungsstudien oft von grundlegender Bedeutung ist. Das Protokoll nutzt eine universelle, hochmoderne 3D-Bildanalyse-Softwareplattform, die die Bildvisualisierung, Segmentierung/Beschriftung und Messungen von einfach bis komplex erleichtert.

Die zeitaufwändigste Aufgabe im Protokoll ist d.......

Materialien

Name	Company	Catalog Number	Comments
10% neutral buffered formalin	Fisher chemical	SF100-20	Used for bone tissue fixation
Avizo	Thermo Scientific		Image processing and analysis software
Hydroxyapatite phantom	Micro-CT HA D4.5, QRM	QRM-70128
Image Processing Language	Scanco		Used to convert raw images to DICOM images
Micro-Mosquito Straight Hemostatic Forceps	Medline		Used to remove the intramedullary pin
Microsoft Excel	Microsoft		Spreadsheet software
Scanco mCT system (vivaCT 40)	Scanco		Used for µCT imaging