Name: the generation of closed femoral fractures in mice: a model to study bone healing
Uploaded: 2018-08-16T14:30:00.000+00:00
Duration: 5 min 53 s
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Diese Arbeit wurde unterstützt durch Zuschüsse aus dem Department of Defense (DoD) uns Army Medical Research und Materiel Command (USAMRMC) vom Kongress gerichtet Medical Research Programme (CDMRP) (PR121604) und das National Institute of Arthritis und Muskel-Skelett und Hautkrankheiten (NIAMS), NIH R01 AR068332, Uma Sankar.

Die folgende Prozedur wurde mit Genehmigung der Indiana Universität Schule von Medizin institutionelle Animal Care und Nutzung Committee (IACUC) durchgeführt. Alle überleben Operationen wurden unter sterilen Bedingungen durchgeführt, wie von den NIH-Richtlinien beschrieben. Schmerzen und Infektionsrisiko verwaltet wurden mit richtigen Schmerzmittel und Antibiotika, um ein erfolgreiches Ergebnis zu gewährleisten.
1. Anästhesie und Vorbereitung
<ol><li>Wiegen Sie die Maus und Betäuben sie mit einer Mischung von Ketamin (100 mg/kg) und Xylazin (10 mg/kg) verabreicht über die intraperitoneal (i.p.)-Route. Platzieren Sie den Mauszeiger in einem leeren Käfig und zu überwachen Sie, bis es vollständig sediert ist.</li>
	<li>Stellen Sie sicher, dass die Maus mit einer Zehe Prise Reflex sediert ist. Gelten Sie ophthalmologische Salbe für die Augen, sie zu schützen vor dem Austrocknen.</li>
	<li>Entfernen Sie das Fell aus der rechten Extremität. Wischen Sie die Operationsstelle mit ein jodhaltiges Gestrüpp und 70 % Ethanol. Scheuern der Operationsstelle beginnend in der Mitte des Knies und eine kreisförmige Schwung nach außen zu machen. Wiederholen Sie diese 3 X mit frischen Peelings, endend mit 70 % igem Ethanol.</li>
	<li>Verwalten Sie eine präoperative Dosis von Buprenorphin-Hydrochlorid Analgesie (0,03 mg/kg) subkutan für die unmittelbare postoperative Schmerztherapie.</li>
	<li>Platzieren Sie den Mauszeiger auf ein Heizkissen, bedeckt von einem sterilen op Pad.</li>
</ol>2. chirurgische Vorgehen
Hinweis: Vor dem Bruch, sollte das Gewicht und der Fallhöhe empirisch für die spezifische Belastung, Alter und Geschlecht der Mäuse vor der Operation bestimmt werden. Dieses Operationsverfahren ist optimiert für C57BJ6 männliche Mäuse im Alter von 10 Wochen.
<ol><li>Platzieren Sie den Mauszeiger auf den Rücken und die Knie des operativen Beines flex. Mit einem Skalpellklinge, machen Sie einen 1,5 cm Schnitt mittig über dem Kniegelenk.</li>
	<li>Seitlich zu verdrängen die Patella mit Pinzette, um das distale Ende des Oberschenkelknochens verfügbar zu machen. Einfügen einer 1,5 - In langen 25-Gauge Edelstahl Injektionsnadel in der Mitte der trochlear Nut über die gesamte Länge des medullären Kanals in gewissem Sinne retrograde und durch das proximale Ende des Oberschenkelknochens. Nehmen Sie eine Röntgenaufnahme, die richtige Platzierung des Stiftes zu gewährleisten. Hinweis: Die Nadel sollte die dorsale Seite der Maus zum Erstellen eines Pfads für den Führungsdraht verlassen.</li>
	<li>Übergeben Sie ein 4 - In-lange 36-Gauge Wolfram Führungsdraht durch die Welle der Nadel, durch das Drehkreuz am distalen Femur betreten und verlassen der Abschrägung an der dorsalen Seite der Maus.</li>
	<li>Entfernen Sie nach der erfolgreichen Platzierung der Führungsdraht vorsichtig die 25-Gauge-Nadel durch leichtes Ziehen an der Nabe während der Extremität und der Führungsdraht in Position zu halten. Bestätigen Sie die Platzierung der Führungsdraht durch Röntgen.</li>
	<li>Halten Sie ein 391 g Gewicht aus einer Höhe von 34,6 cm über die Auswirkungen Disc (Abbildung 1A). Unterstützt die Position der Femur horizontal über die beiden Punkte, so dass die intertrochanteric und Supracondylar Regionen des Oberschenkelknochens auf Unterstützung Ambosse (Abbildung 1 b) und die laterale Seite des Gliedes die Ladestelle (Abbildung 1 steht ). Fallen Sie das Gewicht, und entfernen Sie vorsichtig die Maus aus dem Gerät sofort nach der Fraktur.</li>
	<li>Bestätigen Sie den Bruch Speicherort durch Röntgen.</li>
	<li>Fügen Sie subkutane 24-Gauge edelstahlleitungen über den Führungsdraht den gebrochenen Oberschenkelknochen zu stabilisieren. Hinweis: Diese Anwendung kann einige Kraftaufwand erfordern, wie der Einstieg mit Hilfe einer Nadel mit einem kleineren Durchmesser generiert wurde. Dieser Unterschied im Durchmesser verhindert wirksam eine mögliche Migration der 24-Spur-Stange durch das proximale Ende des Oberschenkelknochens. Die Tiefe der Einfügung kann manuell während der stumpfe Schlauch die Kortikalis des Trochanter Major trifft spüren.</li>
	<li>Bestätigen Sie die Position der Stahl-Stab und die Stabilisierung des gebrochenen Femur von x-ray vor dem Entfernen der Führungsdraht.</li>
	<li>Schneiden Sie die überschüssige Schläuche am distalen Ende des Oberschenkelknochens mit Drahtschneider. Begrabe den freiliegenden Schläuche unter der Oberfläche der Kondylen mit Pinzette, eine sanftere Kraft nach unten, ohne dabei das Kniegelenk verrücken anzuwenden.</li>
	<li>Positionieren Sie die Patella mit Pinzette. Schließen Sie die Schnitt-Website mit einer 5-0 resorbierbaren Naht.</li>
</ol>3. die Nachbehandlung
<ol><li>Nach der Operation können die Mäuse mit bis zu 500 µL steriler Kochsalzlösung über die i.p.-Route, um sie in ihre postoperative Genesung unterstützen injiziert werden.</li>
	<li>Überwachen Sie die Tiere auf einem beheizten Erholung Bett, bis sie von der Operation zu wecken. Wenn ambulante, kehren sie an ihren Käfig.</li>
	<li>Weiterhin aufmerksam verfolgen die Mäuse für mehrere Tage nach der Operation, damit sie richtig heilen und Mobilität wiederzuerlangen. Verwalten Sie Buprenorphin-Hydrochlorid Analgesie (0,03 mg/kg) subkutan alle 6 h für 3 Tage nach der Operation und nach Bedarf danach. Vermeiden Sie die Verwendung von nicht-steroidalen Antirheumatika (NSAR), da sie nachweislich beeinträchtigt Knochenheilung nach der Operation.</li>
</ol>

<ol>
	<li>Schnell, S., Friedman, S. M., Mendelson, D. A., Bingham, K. W., Kates, S. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+1-Year+Mortality+of+Patients+Treated+in+a+Hip+Fracture+Program+for+Elders.">The 1-Year Mortality of Patients Treated in a Hip Fracture Program for Elders.</a> Geriatric Orthopaedic Surgery &amp; Rehabilitation. 1 (1), 6-14 (2010).</li><li>Burge, R., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Incidence+and+economic+burden+of+osteoporosis-related+fractures+in+the+United+States,+2005-2025.">Incidence and economic burden of osteoporosis-related fractures in the United States, 2005-2025.</a> Journal of Bone and Mineral Research. 22 (3), 465-475 (2007).</li><li>Cunningham, B. 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Die Autoren dieser Handschrift haben nichts preisgeben. Die weiteren Autoren, die es keine Beschränkungen für den vollen Zugriff auf alle Materialien, die in der Studie berichtet in diesem Manuskript verwendet gibt.

Dieses chirurgische Verfahren soll standardisierten geschlossenen femorale Frakturen bei Mäusen zu generieren. Ein wichtiger Vorteil dieses Modells ist, dass die interne Fixation nach der Generierung der Fraktur, wodurch eine Winkelung der intramedullären Stange stattfindet. Vielleicht ist der wichtigste Aspekt dieses Protokolls die Generation einer standardisierten quer Fraktur an der femoralen Midshaft, da die Fraktur-Geometrie ist abhängig von der angewandten Biegekraft und die Positionierung der hinteren Extremit?...

Frakturen gehören zu den häufigsten Verletzungen am Bewegungsapparat auftreten und sind verbunden mit einer enormen sozio-ökonomischen Belastung, einschließlich der Behandlungskosten, die projiziert werden, um die $ 25 Milliarden jährlich in den Vereinigten Staaten1übertreffen, 2. Obwohl die Mehrheit der Frakturen ohne Zwischenfälle heilen, ist die Heilung mit erheblichen Ausfallzeiten und Produktivitätsverluste verbunden. Etwa 5-10 % aller Frakturen führen eine verzögerte Heilung oder Pseudarthrose, aufgrund des Alters oder andere zugrunde liegende chronische Krankheiten wie Osteoporose und Diabetes Mellitus3,4,5. Keine FDA-zugelassene pharmakologischen Behandlungen gibt es derzeit zu fördern, effiziente Knochenheilung und Recovery-Zeit zu verkürzen.
Frakturheilung ist ein komplexer und sehr dynamischen Prozess unter Einbeziehung der Koordination mehrerer Zelltypen. Daher ist ein umfassendes Verständnis der zellulären und molekularen Ereignisse im Zusammenhang mit Knochenregeneration entscheidend zur Identifizierung der therapeutischen Ziele, die diesen Prozess beschleunigen. Als mit anderen menschlichen Krankheiten ist die Einrichtung sehr zugänglich und reproduzierbare Tiermodell entscheidend in der Studie der Knochenheilung. Größere Tiere wie Schafe und Schweine haben Knochen umgestaltet Eigenschaften und Biomechanik ähnlich wie beim Menschen, aber sind teuer, erfordern erhebliche heilende Zeit und sind nicht ohne weiteres zugänglich Genmanipulation6. Auf der anderen Seite bieten kleiner Tiermodelle, wie Ratten und Mäuse, viele Vorteile, unter anderem eine einfache Handhabung, geringe Kosten für Wartung, kurze Zuchtzyklen und eine kürzere heilende Zeit7. Darüber hinaus ist die Maus Genom vollständig sequenziert und ermöglicht die schnelle Manipulation und Erzeugung der genetischen Varianten. Somit ist die Maus ein leistungsfähiges Modellsystem menschlichen Erkrankungen, Verletzungen, zu studieren und8reparieren. Beim Menschen erhöhen Begleiterkrankungen wie Osteoporose und Diabetes Mellitus die Wahrscheinlichkeit für eine verzögerte Heilung. Eine Reihe von vorhandenen Maus-Modelle sind zur Untersuchung der Auswirkungen von Folgeerkrankungen wie Osteoporose und Diabetes Mellitus auf Knochen Verletzung und Heilung. Patienten mit Osteoporose haben eine deutlich verminderte Knochenbildung während der neueren Stadien der eine Frakturheilung9. Ovariectomized (OVX) Mäusen weisen raschem Knochenverlust und verzögerte Knochenheilung ähnlich wie bei postmenopausalen Osteoporose10,11beobachtet. Darüber hinaus imitieren viele Mausmodelle vom Typ I und Typ II-Diabetes, die niedrigen Knochen Masse Phänotypen und beeinträchtigt Frakturheilung in Menschen11gesehen. Darüber hinaus murinen Fraktur Modelle dienen als eine vielseitige Plattform, die komplexe biologische Prozesse, die in die Hornhaut zu studieren und erforschen neue therapeutische Strategien, die Knochen Geweberegeneration beschleunigen.
Trotz der Unterschiede in der Knochenstruktur und des Stoffwechsels, den Gesamtprozess der Knochenbruch Heilung bleibt sehr ähnlich bei Mäusen und Menschen, bei denen eine Kombination aus Endochondral und intramembranous Verknöcherung gefolgt von Knochenaufbau. Endochondral Verknöcherung umfasst die Rekrutierung von Vorläuferzellen zu weniger mechanisch stabilen Regionen rund um den frakturspalt, wo sie in Chondrozyten, die Hypertrophie und mineralisieren die Knorpel differenzieren um einen weichen Kallus zu produzieren. Die zweite Welle der Vorläuferzellen der Kallus zu infiltrieren und differenzieren in Reife Osteoblasten, die neuen Knochen Matrix12,13,14,15absondern. Während intramembranous Verknöcherung Vorfahren auf der periostalen und endosteal Oberflächen direkt in Matrix sezernierenden Osteoblasten differenzieren und erleichtern die Überbrückung der Fraktur Lücke9,11,12 ,13. Zusammen, führen die Endochondral und intramembranous Verhärtungen zu die Entwicklung der eine harte Schwiele, die im Laufe der Zeit einen starke sekundäre Knochen in der Lage, mechanische Belastungen13,14 bilden weitere umgebaut ist ,15. Bei gesunden Menschen dauert der Heilungsprozess ca. 3 Monate, verglichen mit nur 35 Tage in Mäusen16.
Frakturheilung ist häufig mit entweder offen oder geschlossen chirurgische Modelle17untersucht worden. Offen chirurgische Ansätze, wie die Erzeugung von einer kritischen Größe defekt oder vollständige Osteotomie, standardisieren die Verletzung Lage und Geometrie, Abweichungen von zerkleinertem Frakturen verursacht zu reduzieren. Osteotomien dienen als ein hervorragendes Modell den zugrunde liegende Mechanismus hinter einer Pseudarthrose zu studieren, weil Heilung oft verzögert, ist im Vergleich zu geschlossenen Frakturen. Darüber hinaus ist eine starre Fixateur externe erforderlich zur Stabilisierung der osteotomized Knochens, was bedeutet, dass die Regeneration in erster Linie von der intramembranous Verknöcherung abhängen. Offen chirurgische Ansätze Nutzung Geräte wie Verriegelung Nägel, stiftklemmen und Verriegelung Platten zur axialen und Rotations Stabilität der gebrochenen Gliedmaßen; aber solche Geräte sind teuer und erfordern deutlich mehr Zeit in der Chirurgie18,19,20,21. Auf der anderen Seite sind geschlossene Modelle mit einem einfachen intramedulläre Fixierung Gerät, damit genügend Instabilität Endochondral Heilung stimulieren stabilisiert. Infolgedessen geschlossene Fraktur Modelle nicht leicht die Bedingungen für eine Pseudarthrose imitieren. Osteosynthese-Techniken, wie intramedulläre Pins, Nägel und Kompression Schrauben sind vorteilhaft, da sie billig, einfach zu bedienen sind, und minimieren Sie die Zeit im OP21,22,23. In einigen Fällen intramedulläre Pins sind vor dem Bruch eingefügt, aber die Biegung der intramedullären Pin Winkelungen oder Verschiebung der gebrochenen Oberschenkelknochen, einen Beitrag zu einer Variable Kallus Größe und Heilung führen kann. Die Fraktur Lage und Geometrie sind schwieriger zu standardisieren in geschlossene Modelle, wie sie erzeugt werden, mit einem Dreipunkt-Biege Gerät, wobei eine Gewicht auf die Diaphyse fallen gelassen wird. Aber mit der richtigen Technik bietet dieser chirurgischen Ansatz schnelle und konsistente Ergebnisse. Darüber hinaus dient das geschlossene Fraktur-Modell als klinisch relevante Werkzeug, Frakturen, die durch hohe Kraft Auswirkungen oder mechanische Beanspruchung22zu studieren.
Dieses chirurgische Protokoll wurde von den zuvor beschriebenen Methoden mit einem intramedullären Pin zur Stabilisierung des gebrochener Oberschenkelknochen bei Ratten und Mäusen22,24,25angepasst. Erstens eine intramedulläre Nadel mit einem kleinen Durchmesser wird durch die Intracondylar Kerbe, eine Anlaufstelle zu etablieren und ein Führungsdraht wird vor dem Generieren einer queren Fraktur der femoralen Midshaft mit einen Schwerkraft-abhängige Dreipunkt-eingeführt Biegevorrichtung. Im Anschluss an die erfolgreiche Generierung einer geschlossenen femoralen Fraktur ist eine intramedulläre Rute mit einem größeren Durchmesser über den Führungsdraht zur Stabilisierung des gebrochenen Oberschenkelknochens eingearbeitet. Diese Methode vermeidet die Gefahr der verzögerten Heilung durch die Winkelung der intramedullären Pin während die Fraktur verursacht, wie die Platzierung der Rute Post-Fraktur zur Neupositionierung und optimierter Stabilisierung des verletzten Femur erlaubt.

<table><tbody><tr><td>Oster Minimax Trimmer</td><td>Animal World Network</td><td>78049-100</td><td></td></tr><tr><td>POVIDONE-IODINE</td><td>Thermo Fisher Scientific</td><td>395516</td><td></td></tr><tr><td>OPHTHALMIC OINTMENT</td><td>Thermo Fisher Scientific</td><td>NC0490117</td><td></td></tr><tr><td>Styker T/Pump Warm Water Recirculator</td><td>Kent Scientific Corporation</td><td>TP-700</td><td></td></tr><tr><td>1ml Sub-Q Syringe</td><td>Thermo Fisher Scientific</td><td>309597</td><td></td></tr><tr><td>ENCORE Sensi-Touch PF</td><td>Moore Medical LLC</td><td>30347</td><td>Latex, powder-free surgical glove</td></tr><tr><td>PrecisionGlide 25G Hypodermic Needles</td><td>Thermo Fisher Scientific</td><td>14-826-49</td><td></td></tr><tr><td>Ultra-High-Temperature Tungsten Wire,</td><td>McMaster-Carr</td><td>3775K37</td><td>0.005&quot; Diameter, 1/16 lb. Spool, 380&#039; Long</td></tr><tr><td>304 stainless steel, 24G thin walled tubing</td><td>Microgroup Inc</td><td>304h24tw-5ft</td><td></td></tr><tr><td>#15 Scalpel Blades</td><td>Fine Science Tools</td><td>10015-00</td><td></td></tr><tr><td>#10 Scalpel Blades</td><td>Fine Science Tools</td><td>10010-00</td><td></td></tr><tr><td>Narrow Pattern Forceps</td><td>Fine Science Tools</td><td>11002-12</td><td>Serrated/Straight/12cm</td></tr><tr><td>Iris Forceps</td><td>Fine Science Tools</td><td>11066-07</td><td>1x2 Teeth/Straight/7cm</td></tr><tr><td>Dissector Scissors</td><td>Fine Science Tools</td><td>14081-09</td><td>Slim Blades/Angled to Side/Sharp-Sharp/10cm</td></tr><tr><td>Fine Scissors</td><td>Fine Science Tools</td><td>14058-11</td><td>ToughCut/Straight/Sharp-Sharp/11.5cm</td></tr><tr><td>Olsen-Hegar Needle Holder with Suture Cutter</td><td>Fine Science Tools</td><td>12002-12</td><td>Straight/Serrated/12cm/with Lock</td></tr><tr><td>Crile Hemostat</td><td>Fine Science Tools</td><td>13004-14</td><td>Serrated/Straight/14cm</td></tr><tr><td>Tungsten Wire Cutter</td><td>ACE Surgical Supply Co., Inc.</td><td>08-051-90</td><td>ACE #150 Wire Cutter, tungsten carbide tips</td></tr><tr><td>3-0 VICRYL Suture</td><td>Ethicon Suture</td><td>J423H</td><td>3-0 VICRYL UNDYED 27&quot; FS-2 CUTTING</td></tr><tr><td>piXarray 100 Digital Specimen Radiography System</td><td>Bioptics, Inc</td><td></td><td>Cabinet x-ray system</td></tr><tr><td>Einhorn 3-Point Bending Device</td><td>N/A</td><td>N/A</td><td>Custom Built</td></tr></tbody></table>

the generation of closed femoral fractures in mice: a model to study bone healing

Knochenbrüchen verhängen eine enorme sozio-ökonomische Belastung für Patienten zusätzlich zu erheblichen Auswirkungen auf ihre Lebensqualität. Therapeutische Strategien, die effiziente Knochenheilung zu fördern sind nicht Existent und in der hohen Nachfrage. Effektive und reproduzierbare Tiermodellen der Heilung Frakturen sind erforderlich, zu verstehen, die komplexe biologische Prozesse Knochenregeneration zugeordnet. Im Laufe der Jahre wurden viele Tiermodellen der Frakturheilung generiert; murine Fraktur Modelle entstanden jedoch vor kurzem als leistungsfähige Werkzeuge zur Knochenheilung zu studieren. Eine Vielzahl von offenen und geschlossenen Modelle wurden entwickelt, aber das geschlossene femoralen Fraktur-Modell hebt sich als eine einfache Methode zur Erzeugung von schnelle und reproduzierbare Ergebnisse in einer physiologisch relevanten Weise. Das Ziel dieses chirurgischen Protokolls ist einseitige geschlossenen femorale Frakturen bei Mäusen zu generieren und erleichtern eine Stabilisierung nach dem Bruch des Oberschenkelknochens durch das Einfügen eines intramedullären Stahl-Stabes. Obwohl Geräte wie einen Nagel oder eine Schraube größeren Axial- und Rotations-Stabilität bieten, stellt die Verwendung von eine intramedulläre Rute eine ausreichende Stabilisierung für konsequente heilende Ergebnisse ohne produzieren neue Mängel im Knochengewebe oder Beschädigung in der Nähe soft Gewebe. Radiologische Bildgebung wird verwendet, um das Fortschreiten der Kallus-Bildung, knöchernen Union und anschließenden Umbau des knöchernen Kallus zu überwachen. Knochen Heilung Ergebnisse sind in der Regel verbunden mit der Kraft des geheilten Knochens und mit Torsions Tests gemessen. Dennoch, das Verständnis der frühen zellulären und molekularen Ereignisse im Zusammenhang mit Fraktur Reparatur ist von entscheidender Bedeutung bei der Untersuchung von Knochen Geweberegeneration. Die geschlossenen femoralen Fraktur-Modell bei Mäusen mit intramedulläre Fixierung dient als eine attraktive Plattform zu studieren, Knochen Frakturheilung und bewerten Sie therapeutische Strategien um die Heilung zu beschleunigen.

Die erfolgreiche Durchführung des chirurgischen Eingriffs wurde mit radiologischen Bildgebung überwacht. Wichtige Schritte umfassen die Einfügung eines intramedullären Nadel, die Platzierung von einem Führungsdraht, die Induktion einer quer Fraktur an der femoralen Midshaft und die richtige Stabilisierung mit einem intramedullären Rute (Abbildung 2Aich - 2Aiv). Das heilende Fortschreiten der Fraktur Kallus wurde mit wö...

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The Generation of Closed Femoral Fractures in Mice: A Model to Study Bone Healing

Das murine geschlossenen femoralen Fraktur-Modell ist eine leistungsfähige Plattform, Frakturheilung zu studieren und neue therapeutische Strategien zur Knochenregeneration zu beschleunigen. Das Ziel dieses chirurgischen Protokolls soll einseitige geschlossenen femorale Frakturen bei Mäusen mit einem intramedullären Stahl-Stab Femur zu stabilisieren.

Die Generation der geschlossenen femoralen Frakturen bei Mäusen: ein Modell zur Knochenheilung

Bone fractures impose a tremendous socio-economic burden on patients, in addition to significantly affecting their quality of life. Therapeutic strategies ...

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Bone Tissue and the Skeletal System

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15.1K Aufrufe.  Indiana University School of Medicine. Das murine geschlossenen femoralen Fraktur-Modell ist eine leistungsfähige Plattform, Frakturheilung zu studieren und neue therapeutische Strategien zur Knochenregeneration zu beschleunigen. Das Ziel dieses chirurgischen Protokolls soll einseitige geschlossenen femorale Frakturen bei Mäusen mit einem intramedullären Stahl-Stab Femur zu stabilisieren.

Serie: The Generation of Closed Femoral Fractures in Mice: A Model to Study Bone Healing

Pseudofracture: An Acute Peripheral Tissue Trauma Model

Following trauma there is an early hyper-reactive inflammatory response that can lead to multiple organ dysfunction and high mortality in trauma patients; this response is often accompanied by a delayed immunosuppression that adds the clinical complications of infection and can also increase mortality.1-9 Many studies have begun to assess these changes in the reactivity of the immune system following trauma.10-15 
Immunologic studies are greatly supported through the wide variety of transgenic and knockout mice available for in vivo modeling; these strains aid in detailed investigations to assess the molecular pathways involved in the immunologic responses.16-21
The challenge in experimental murine trauma modeling is long term investigation, as fracture fixation techniques in mice, can be complex and not easily reproducible.22-30
This pseudofracture model, an easily reproduced trauma model, overcomes these difficulties by immunologically mimicking an extremity fracture environment, while allowing freedom of movement in the animals and long term survival without the continual, prolonged use of anaesthesia. The intent is to recreate the features of long bone fracture; injured muscle and soft tissue are exposed to damaged bone and bone marrow without breaking the native bone.
The pseudofracture model consists of two parts: a bilateral muscle crush injury to the hindlimbs, followed by injection of a bone solution into these injured muscles. The bone solution is prepared by harvesting the long bones from both hindlimbs of an age- and weight-matched syngeneic donor. These bones are then crushed and resuspended in phosphate buffered saline to create the bone solution.
Bilateral femur fracture is a commonly used and well-established model of extremity trauma, and was the comparative model during the development of the pseudofracture model. Among the variety of available fracture models, we chose to use a closed method of fracture with soft tissue injury as our comparison to the pseudofracture, as we wanted a sterile yet proportionally severe peripheral tissue trauma model. 31
Hemorrhagic shock is a common finding in the setting of severe trauma, and the global hypoperfusion adds a very relevant element to a trauma model. 32-36 The pseudofracture model can be easily combined with a hemorrhagic shock model for a multiple trauma model of high severity. 37

Pseudofracture, a reproducible murine model of sterile musculoskeletal trauma, allows for evaluation of late term post-traumatic immune responses. This article describes the procedural execution of the model step by step, including the potential for experimental model combinations to permit study of multiple trauma.

Pseudofracture: eine akute periphere Gewebe Trauma-Modell

Following trauma there is an early hyper-reactive inflammatory response that can lead to multiple organ dysfunction and high mortality in trauma patients; ...

Forschung

Medizin

A Simple Critical-sized Femoral Defect Model in Mice

While bone has a remarkable capacity for regeneration, serious bone trauma often results in damage that does not properly heal. In fact, one tenth of all limb bone fractures fail to heal completely due to the extent of the trauma, disease, or age of the patient. Our ability to improve bone regenerative strategies is critically dependent on the ability to mimic serious bone trauma in test animals, but the generation and stabilization of large bone lesions is technically challenging. In most cases, serious long bone trauma is mimicked experimentally by establishing a defect that will not naturally heal. This is achieved by complete removal of a bone segment that is larger than 1.5 times the diameter of the bone cross-section. The bone is then stabilized with a metal implant to maintain proper orientation of the fracture edges and allow for mobility. 
Due to their small size and the fragility of their long bones, establishment of such lesions in mice are beyond the capabilities of most research groups. As such, long bone defect models are confined to rats and larger animals. Nevertheless, mice afford significant research advantages in that they can be genetically modified and bred as immune-compromised strains that do not reject human cells and tissue.
Herein, we demonstrate a technique that facilitates the generation of a segmental defect in mouse femora using standard laboratory and veterinary equipment. With practice, fabrication of the fixation device and surgical implantation is feasible for the majority of trained veterinarians and animal research personnel. Using example data, we also provide methodologies for the quantitative analysis of bone healing for the model.

Animal models are frequently employed to mimic serious bone injury in biomedical research. Due to their small size, establishment of stabilized bone lesions in mice are beyond the capabilities of most research groups. Herein, we describe a simple method for establishing and analyzing experimental femoral defects in mice.

Eine einfache Kritische große Femoral Defect Modell an der Maus

While bone has a remarkable capacity for regeneration, serious bone trauma often results in damage that does not properly heal. In fact, one tenth of all ...

Establishment of a Segmental Femoral Critical-size Defect Model in Mice Stabilized by Plate Osteosynthesis

The use of tissue-engineered bone constructs is an appealing strategy to overcome drawbacks of autografts for the treatment of massive bone defects. As a model organism, the mouse has already been widely used in bone-related research. Large diaphyseal bone defect models in mice, however, are sparse and often use bone fixation which fills the bone marrow cavity and does not provide optimal mechanical stability. The objectives of the current study were to develop a critical-size, segmental, femoral defect in nude mice. A 3.5-mm mid-diaphyseal femoral ostectomy (approximately 25% of the femur length) was performed using a dedicated jig, and was stabilized with an anterior located locking plate and 4 locking screws. The bone defect was subsequently either left empty or filled with a bone substitute (syngenic bone graft or coralline scaffold). Bone healing was monitored noninvasively using radiography and in vivo micro-computed-tomography and was subsequently assessed by ex vivo micro-computed-tomography and undecalcified histology after animal sacrifice, 10 weeks postoperatively. The recovery of all mice was excellent, a full-weight-bearing was observed within one day following the surgical procedure. Furthermore, stable bone fixation and consistent fixation of the implanted materials were achieved in all animals tested throughout the study. When the bone defects were left empty, non-union was consistently obtained. In contrast, when the bone defects were filled with syngenic bone grafts, bone union was always observed. When the bone defects were filled with coralline scaffolds, newly-formed bone was observed in the interface between bone resection edges and the scaffold, as well as within a short distance within the scaffold. 
The present model describes a reproducible critical-size femoral defect stabilized by plate osteosynthesis with low morbidity in mice. The new load-bearing segmental bone defect model could be useful for studying the underlying mechanisms in bone regeneration pertinent to orthopaedic applications.

Although mouse models are invaluable tools for bone tissue engineering, models of long bone defects are sparse. This need motivated development of the present protocol which uses a locking plate with four screws and a dedicated jig to perform and stabilize a reproducible, femoral, critical-size defect with low morbidity.

Einrichtung eines segmentalen Femoral Critical-size Defektmodell in Mäusen durch Plattenosteosynthese Stabilisierte

The use of tissue-engineered bone constructs is an appealing strategy to overcome drawbacks of autografts for the treatment of massive bone defects. As a ...

An Intramedullary Locking Nail for Standardized Fixation of Femur Osteotomies to Analyze Normal and Defective Bone Healing in Mice

Bone healing models are essential to the development of new therapeutic strategies for clinical fracture treatment. Furthermore, mouse models are becoming more commonly used in trauma research. They offer a large number of mutant strains and antibodies for the analysis of the molecular mechanisms behind the highly differentiated process of bone healing. To control the biomechanical environment, standardized and well-characterized osteosynthesis techniques are mandatory in mice. Here, we report on the design and use of an intramedullary nail to stabilize open femur osteotomies in mice. The nail, made of medical-grade stainless steel, provides high axial and rotational stiffness. The implant further allows the creation of defined, constant osteotomy gap sizes from 0.00 mm to 2.00 mm. Intramedullary locking nail stabilization of femur osteotomies with gap sizes of 0.00 mm and 0.25 mm result in adequate bone healing through endochondral and intramembranous ossification. Stabilization of femur osteotomies with a gap size of 2.00 mm results in atrophic non-union. Thus, the intramedullary locking nail can be used in healing and non-healing models. A further advantage of the use of the nail compared to other open bone healing models is the possibility to adequately fix bone substitutes and scaffolds in order to study the process of osseous integration. A disadvantage of the use of the intramedullary nail is the more invasive surgical procedure, inherent to all open procedures compared to closed models. A further disadvantage may be the induction of some damage to the intramedullary cavity, inherent to all intramedullary stabilization techniques compared to extramedullary stabilization procedures.

This protocol describes an osteosynthesis technique using an intramedullary locking nail for standardized fixation of femur osteotomies, which can be used to analyze normal and defective bone healing in mice.

Eine intramedulläre Verriegelungsnagel für Standardisierte Fixierung von Femur Osteotomien zur Analyse von normalen und Defekte Knochenheilung bei Mäusen

Bone healing models are essential to the development of new therapeutic strategies for clinical fracture treatment. Furthermore, mouse models are becoming ...

In Vivo Evaluation of Fracture Callus Development During Bone Healing in Mice Using an MRI-compatible Osteosynthesis Device for the Mouse Femur

Endochondral fracture healing is a complex process involving the development of fibrous, cartilaginous, and osseous tissue in the fracture callus. The amount of the different tissues in the callus provides important information on the fracture healing progress. Available in vivo techniques to longitudinally monitor the callus tissue development in preclinical fracture-healing studies using small animals include digital radiography and &#181;CT imaging. However, both techniques are only able to distinguish between mineralized and non-mineralized tissue. Consequently, it is impossible to discriminate cartilage from fibrous tissue. In contrast, magnetic resonance imaging (MRI) visualizes anatomical structures based on their water content and might therefore be able to noninvasively identify soft tissue and cartilage in the fracture callus. Here, we report the use of an MRI-compatible external fixator for the mouse femur to allow MRI scans during bone regeneration in mice. The experiments demonstrated that the fixator and a custom-made mounting device allow repetitive MRI scans, thus enabling longitudinal analysis of fracture-callus tissue development.

In Vivo Evaluation of Fracture Callus Development During Bone Healing in Mice Using an MRI-compatible Osteosynthesis Device for the Mouse Femur

The evaluation of tissue development in the fracture callus during endochondral bone healing is essential to monitor the healing process. Here, we report the use of a magnetic resonance imaging (MRI)-compatible external fixator for the mouse femur to allow MRI scans during bone regeneration in mice.

In Vivo Bewertung der Fraktur Kallus Entwicklung während der Knochenheilung bei Mäusen mit einem MRI-kompatiblen Osteosynthese Gerät für Maus Femur

Endochondral fracture healing is a complex process involving the development of fibrous, cartilaginous, and osseous tissue in the fracture callus. The ...

A Mouse Model of Orthopedic Surgery to Study Postoperative Cognitive Dysfunction and Tissue Regeneration

Surgery is commonly used to improve and maintain quality of life. Unfortunately, in vulnerable patients such as the elderly, complications may occur and significantly diminish the outcome. Indeed, after routine orthopedic surgery to repair a fracture, as many as 50% of elderly patients suffer from neurologic complications like delirium. Also, the capacity to heal and regenerate tissue after surgery decreases with age, and can impact the quality of fracture repair and even osseous integration of implants. Thus, a better understanding of mechanisms that drive these age-dependent changes could provide strategic targets to minimize risk for such complications and optimize outcomes. Here, we introduce a clinically relevant mouse model of tibial fracture. The postoperative changes in these mice mimic some of the cognitive impairments commonly observed after routine orthopedic surgery in humans. Briefly, an incision is performed in the right hind limb under strictly aseptic conditions. Muscles are disassociated, and a 0.38-mm stainless steel pin is inserted into the upper crest of the tibia, inside the intramedullary canal. Osteotomy is then performed, and the wound is stapled. We have used this model to investigate the effects of surgical trauma on postoperative neuroinflammation and behavioral changes. By applying this fracture model in combination with parabiosis, a surgical model in which 2 mice are anastomosed, we have studied cells and secreted factors that systemically rejuvenate organ function and tissue regeneration after injury. By following our step-by-step protocol, these models can be reproduced with high fidelity, and can be adapted to interrogate many biologic pathways that are altered by surgical trauma.

This protocol describes a mouse model of orthopedic surgery that has been used to study mechanisms of postoperative neuroinflammation and behavioral changes, and when combined with parabiosis, to study tissue regeneration during aging.

Ein Maus-Modell der orthopädischen Chirurgie, Postoperative kognitive Dysfunktion und Geweberegeneration zu studieren

Surgery is commonly used to improve and maintain quality of life. Unfortunately, in vulnerable patients such as the elderly, complications may occur and ...

A Minimally Invasive Model to Analyze Endochondral Fracture Healing in Mice Under Standardized Biomechanical Conditions

Bone healing models are necessary to analyze the complex mechanisms of fracture healing to improve clinical fracture treatment. During the last decade, an increased use of mouse models in orthopedic research was noted, most probably because mouse models offer a large number of genetically-modified strains and special antibodies for the analysis of molecular mechanisms of fracture healing. To control the biomechanical conditions, well-characterized osteosynthesis techniques are mandatory, also in mice. Here, we report on the design and use of a closed bone healing model to stabilize femur fractures in mice. The intramedullary screw, made of medical-grade stainless steel, provides through fracture compression an axial and rotational stability compared to the mostly used simple intramedullary pins, which show a complete lack of axial and rotational stability. The stability achieved by the intramedullary screw allows the analysis of endochondral healing. A large amount of callus tissue, received after stabilization with the screw, offers ideal conditions to harvest tissue for biochemical and molecular analyses. A further advantage of the use of the screw is the fact that the screw can be inserted into the femur with a minimally invasive technique without inducing damage to the soft tissue. In conclusion, the screw is a unique implant that can ideally be used in closed fracture healing models offering standardized biomechanical conditions.

This protocol describes a minimally invasive osteosynthesis technique using an intramedullary screw for standardized stabilization of femur fractures, which can be used to analyze endochondral bone healing in mice.

Eine Minimal-Invasive Modell Endochondral Frakturheilung bei Mäusen unter standardisierten Bedingungen biomechanische Analyse

Bone healing models are necessary to analyze the complex mechanisms of fracture healing to improve clinical fracture treatment. During the last decade, an ...

Protocol for Developing a Femur Osteotomy Model in Wistar Albino Rats

Fracture healing is a physiological process resulting in the regeneration of bone defects by the coordinated action of osteoblasts and osteoclasts. Osteoanabolic drugs have the potential to augment the repair of fractures but have constraints like high costs or undesirable side effects. The bone healing potential of a drug can initially be determined by in vitro studies, but in vivo studies are needed for the final proof of concept. Our objective was to develop a femur osteotomy rodent model that could help researchers understand the development of callus formation following fracture of the shaft of the femur and that could help establish whether a potential drug has bone healing properties. Adult male Wistar albino rats were used after Institutional Animal Ethics Committee clearance. The rodents were anesthetized, and under aseptic conditions, complete transverse fractures at the middle one-third of the shafts of the femurs were created using open osteotomy. The fractures were reduced and internally fixed using intramedullary K-wires, and secondary fracture healing was allowed to take place. After surgery, intraperitoneal analgesics and antibiotics were given for 5 days. Sequential weekly x-rays assessed callus formation. The rats were sacrificed based on radiologically pre-determined time points, and the development of the fracture callus was analyzed radiologically and using immunohistochemistry.

Here, we present a protocol to iatrogenically fracture the shaft of the femur of Wistar albino rats and follow up on the development of the callus. This femur osteotomy model can help researchers evaluate the process of fracture healing and to study how a drug could influence fracture healing.

Protokoll zur Entwicklung eines Femurosteotomiemodells bei Wistar Albino-Ratten

Fracture healing is a physiological process resulting in the regeneration of bone defects by the coordinated action of osteoblasts and osteoclasts. ...

Transverse Fracture of the Mouse Femur with Stabilizing Pin

Fracture repair is an essential function of the skeleton that cannot be reliably modeled in vitro. A mouse injury model is an efficient approach to test whether a gene, gene product or drug influences bone repair because murine bones recapitulate the stages observed during human fracture healing. When a mouse or human breaks a bone, an inflammatory response is initiated, and the periosteum, a stem cell niche surrounding the bone itself, is activated and expands. Cells residing in the periosteum then differentiate to form a vascularized soft callus. The transition from the soft callus to a hard callus occurs as the recruited skeletal progenitor cells differentiate into mineralizing cells, and the bridging of the fractured ends results in the bone union. The mineralized callus then undergoes remodeling to restore the original shape and structure of the healed bone. Fracture healing has been studied in mice using various injury models. Still, the best way to recapitulate this entire biological process is to break through the cross-section of a long bone that encompasses both cortices. This protocol describes how a stabilized, transverse femur fracture can be safely performed to assess healing in adult mice. A surgical protocol including detailed harvesting and imaging techniques to characterize the different stages of fracture healing is also provided.

This protocol describes a method to perform fractures on adult mice and monitor the healing process.

Querbruch des Mausfemurs mit stabilisierendem Stift

Fracture repair is an essential function of the skeleton that cannot be reliably modeled in vitro. A mouse injury model is an efficient approach to test ...

Biologie

Establishing a Diaphyseal Femur Fracture Model in Mice

Bones have a significant regenerative capacity. However, fracture healing is a complex process, and depending on the severity of the lesions and the age and overall health status of the patient, failures can occur, leading to delayed union or nonunion. Due to the increasing number of fractures resulting from high-energy trauma and aging, the development of innovative therapeutic strategies to improve bone repair based on the combination of skeletal/mesenchymal stem/stromal cells and biomimetic biomaterials is urgently needed. To this end, the use of reliable animal models is fundamental to better understanding the key cellular and molecular mechanisms that determine the healing outcomes. Of all the models, the mouse is the preferred research model because it offers a wide variety of transgenic strains and reagents for experimental analysis. However, the establishment of fractures in mice may be technically challenging due to their small size. Therefore, this article aims to demonstrate the procedures for the surgical establishment of a diaphyseal femur fracture in mice, which is stabilized with an intramedullary wire and resembles the most common bone repair process, through cartilaginous callus formation.

This protocol describes a surgical procedure for the establishment of a diaphyseal fracture in the femur of mice, which is stabilized with an intramedullary wire, for fracture healing studies.

Etablierung eines diaphysären Femurfrakturmodells bei Mäusen

Bones have a significant regenerative capacity. However, fracture healing is a complex process, and depending on the severity of the lesions and the age ...