Erstellung eines Modells eines Box-Cavity-Defekts im kortikalen Knochen von Femora der Ratte

Zusammenfassung

Hier stellen wir ein Protokoll zur Erzeugung eines Box-Cavity-Defekts in Femurdiaphysegewebe von Ratten vor. Dieses Modell kann die Leistung von Biomaterialien unter biomechanischer Belastung bewerten und Mechanismen der Knochenregeneration im Zusammenhang mit der intramembranösen Osteogenese untersuchen.

Zusammenfassung

Schwere Knochendefekte oder komplexe Frakturen können zu schwerwiegenden Komplikationen wie Pseudarthrose oder unzureichender Knochenheilung führen. Das Tissue Engineering, bei dem Zellen, Gerüste und Zytokine eingesetzt werden, gilt als vielversprechende Lösung für die Knochenregeneration. Daher spielen verschiedene Tiermodelle, die Knochendefekte simulieren, eine entscheidende Rolle bei der Erforschung des therapeutischen Potenzials von Tissue Engineering für die Knochenheilung. In dieser Studie haben wir ein kastenförmiges kortikales Knochendefektmodell im mittleren Oberschenkelknochen von Ratten etabliert, das als ideales Modell für die Beurteilung der Funktion von Biomaterialien bei der Förderung der Knochenheilung dienen könnte. Dieser kastenförmige kortikale Knochendefekt wurde mit einem oralen Handstück mit niedriger Geschwindigkeit gebohrt und mit einer Drehnadel geformt. Sofort wurde eine postoperative Mikro-CT-Analyse durchgeführt, um die erfolgreiche Etablierung des kortikalen Knochendefekts in der Box-Cavity zu bestätigen. Die Femure auf der operierten Seite der Ratten wurden dann zu mehreren Zeitpunkten nach der Operation entnommen (0 Tage, 2 Wochen, 4 Wochen und 6 Wochen). Der Heilungsprozess des Defektbereichs jeder Probe wurde mittels Mikro-CT, Hämatoxylin- und Eosin-Färbung (H&E) und Masson-Trichrom-Färbung bewertet. Diese Ergebnisse zeigten ein Heilungsmuster, das mit der intramembranösen Ossifikation übereinstimmte, wobei die Heilung im Wesentlichen nach 6 Wochen abgeschlossen war. Die Kategorisierung des Heilungsprozesses dieses Tiermodells bietet eine effektive in vivo-Methode zur Untersuchung neuartiger Biomaterialien und Medikamente, die auf die intramembranöse Ossifikation während der Heilung von Knochengewebedefekten abzielen.

Einleitung

Frakturen und defekte Knochen resultieren häufig aus Traumata, Tumoren, Entzündungen und angeborenen Fehlbildungen ^1,2. Obwohl das Knochengewebe bei jungen, gesunden Menschen in der Regel über robuste regenerative Fähigkeiten verfügt³, können Defekte, die eine kritische Größe überschreiten, oder Heilungshindernisse aufgrund systemischer Erkrankungen (z. B. Diabetes, Osteoporose und Infektionen) immer noch zu Komplikationen wie Knochendiskontinuität oder Heilungsstörungen^{führen 4}. Um dieser klinischen Herausforderung zu begegnen, werden häufig Knochentransplantati....

Protokoll

Alle tierexperimentellen Verfahren in dieser Studie wurden von der Ethikkommission der West China School of Stomatology der Universität Sichuan überprüft und genehmigt (WCHSIRB-D-2021-597). Für die vorliegende Studie wurden Sprague-Dawley-Ratten (männlich, Körpergewicht 300 g) verwendet.

1. Präoperative Vorbereitung

1. Vorbereitung des Instruments
   1. In Abbildung 1A finden Sie die in dieser Studie verwendeten chirurgischen Instrumente: Elektrorasierer, Gewebeschere, Augenschere, Augenzange, Einwegskalpell, Periostseparator, orales Handstück mit niedriger Geschwindigkeit, orale Sonde, Einweg-Spülvakuu....

Diskussion

Präklinische Tiermodelle sind von entscheidender Bedeutung, um die Knochenheilung und den Einfluss von Biomaterialien auf die Knochenregeneration zu untersuchen. Dieses Protokoll veranschaulicht ein Modell eines femoralen Box-Cavity-Defekts, das den intramembranösen Knochenbildungsprozess im Zusammenhang mit der klinischen Knochenregeneration repliziert. Der Defektbereich wurde intraoperativ mit einer vormarkierten oralen Sonde standardisiert. Die Ergebnisse der Mikro-CT und der histopathologischen Färbung zeigten ein.......

Materialien

Name	Company	Catalog Number	Comments
1.2 mm slow speed ball drill	Dreybird Medical Equipment Co., Ltd.	RA3-012	For preparation of box cavity defects
3.0 suture	Chengdu Shifeng Co., Ltd.	None	For suturing wounds
4% paraformaldehyde	Biosharp	BL539A	For fix the femoral specimens
Cotton balls	Haishi Hainuo Group Co.,  Ltd.	20120047	For skin sterilization and cleaning of surgical field
Cotton sticks	Lakong Medical Devices Co., Ltd.	M6500R	For skin disinfection
Dental technician grinding machine	Marathon	N3-140232	For preparation of box cavity defects
Disposable scalpel	Hangzhou Huawei Medical Supplies Co., Ltd.	20100227	For creating skin incisions as well as to sharply separate muscle tissue
Electric shaver	JASE	BM320210	Removal of hair tissue from the surgical area
Hematoxylin and Eosin Stain kit	Biosharp	C1005	For the histological analysis of the specimens
Masson’s Trichrome Stain Kit	Solarbio	G1340	For the histological analysis of the specimens
Micro CT	Scanco medical ag	µCT 45	For analyzing the healing of defects in femoral samples
Needle holder	Chengdu Shifeng Co., Ltd.	None	For suture-holding needles
Olympus Research Grade Whole Slide Scanning System VS200	Chengdu Knowledge Technology Co.	VS200	For analyzing the results of HE staining and Masson staining
Ophthalmic forceps	Chengdu Shifeng Co., Ltd.	None	For clamping skin, muscle tissue
Ophthalmic scissors	Chengdu Shifeng Co., Ltd.	None	For forming a skin incision approach
Oral low-speed handpiece	Marathon	Y221101003	For preparation of box cavity defects
Oral probe	Shanghai Sangda Medical Insurance Co., Ltd.	20000143	For measuring the diameter of defects
Periosteal separator	Chengdu Shifeng Co., Ltd.	None	For blunt separation of muscle tissue
Sprague–Dawley rats	Byrness Weil Biotech Ltd	None	For the establishment of femoral bone boxy cavitary defect
Tissue scissors	Chengdu Shifeng Co., Ltd.	None	For forming a skin incision approach