Creación de un modelo de defecto de cavidad de caja en el hueso cortical del fémur de rata

Resumen

Aquí, presentamos un protocolo para crear un defecto de cavidad de caja en el tejido de diáfisis femoral de rata. Este modelo puede evaluar el rendimiento de los biomateriales bajo estrés biomecánico y explorar los mecanismos de regeneración ósea relacionados con la osteogénesis intramembranosa.

Resumen

Los defectos óseos graves o las fracturas complejas pueden dar lugar a complicaciones graves, como la falta de consolidación o la cicatrización insuficiente del hueso. La ingeniería de tejidos, que implica la aplicación de células, andamios y citoquinas, se considera una solución prometedora para la regeneración ósea. En consecuencia, varios modelos animales que simulan defectos óseos desempeñan un papel crucial en la exploración del potencial terapéutico de la ingeniería de tejidos para la cicatrización ósea. En este estudio, establecimos un modelo de defecto óseo cortical en forma de caja en la parte media del fémur de ratas, que podría servir como modelo ideal para evaluar la función de los biomateriales en la promoción de la curación ósea. Este defecto óseo cortical en forma de caja se perforó con una pieza de mano oral de baja velocidad y se moldeó con una aguja de torno. Inmediatamente se realizó un análisis de micro-TC postoperatorio para confirmar el establecimiento exitoso del defecto óseo cortical de la cavidad de caja. Los fémures del lado operado de las ratas se recolectaron en múltiples puntos de tiempo después de la cirugía (0 días, 2 semanas, 4 semanas y 6 semanas). El proceso de cicatrización del área defectuosa de cada muestra se evaluó mediante micro-TC, tinción con hematoxilina y eosina (H&E) y tinción con tricrómico de Masson. Estos resultados demostraron un patrón de cicatrización consistente con la osificación intramembranosa, con una curación esencialmente completa a las 6 semanas. La categorización del proceso de curación de este modelo animal proporciona un método in vivo eficaz para investigar nuevos biomateriales y fármacos que se dirigen a la osificación intramembranosa durante la cicatrización de defectos de tejido óseo.

Introducción

El hueso fracturado y defectuoso suele ser el resultado de traumatismos, tumores, inflamación y malformaciones congénitas ^1,2. Aunque el tejido óseo en individuos jóvenes y sanos suele poseer capacidades regenerativas robustas³, los defectos que superan un tamaño crítico o los impedimentos de cicatrización debidos a enfermedades sistémicas (por ejemplo, diabetes, osteoporosis e infecciones) pueden provocar complicaciones como discontinuidad ósea o deterioro de la cicatrización⁴. Para abordar este desafío clínico, los injertos óseos o biomateriales se utilizan com....

Protocolo

Todos los procedimientos con animales de este estudio fueron revisados y aprobados por el Comité de Ética de la Escuela de Estomatología de China Occidental de la Universidad de Sichuan (WCHSIRB-D-2021-597). Para el presente estudio se utilizaron ratas Sprague-Dawley (macho, peso corporal de 300 g).

1. Preparación prequirúrgica

1. Preparación del instrumento
   1. Consulte la Figura 1A para ver los instrumentos quirúrgicos utilizados en este estudio: afeitadora eléctrica, tijeras de tejido, tijeras oftálmicas, pinzas oftálmicas, bisturí desechable, separador perióstico, pieza de mano oral de baja veloci....

Discusión

Los modelos animales preclínicos son vitales para examinar la cicatrización ósea y la influencia de los biomateriales en la regeneración ósea. Este protocolo ilustra un modelo de defecto de la cavidad femoral que replica el proceso de formación de hueso intramembranoso asociado con la regeneración ósea clínica. El área defectuosa se estandarizó intraoperatoriamente mediante una sonda oral premarcada. Los resultados de la micro-TC y de la tinción histopatológica mostraron una cicatrización progresiva a lo la.......

Materiales

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