מחקר זה מומן על ידי מענקים מהקרן הלאומית למדעי הטבע של סין 82101000 (H. W.), U21A20368 (L. Y.) ו- 82100982 (F. L.), ונתמך על ידי תוכנית המדע והטכנולוגיה של סצ'ואן 2023NSFSC1499 (H. W).

כל ההליכים בבעלי חיים במחקר זה נבדקו ואושרו על ידי הוועדה האתית של בית הספר לסטומטולוגיה במערב סין, אוניברסיטת סצ'ואן (WCHSIRB-D-2021-597). חולדות Sprague-Dawley (זכר, משקל גוף 300 גרם) שימשו במחקר הנוכחי.
1. הכנה טרום ניתוחית
<ol><li>הכנת מכשירים<ol><li>עיינו באיור 1A עבור כלי הניתוח ששימשו במחקר זה: מכונת גילוח חשמלית, מספריים רקמות, מספריים עיניים, מלקחיים עיניים, אזמל חד פעמי, מפריד פריאוסטאלי, ידית אוראלית במהירות נמוכה, בדיקה אוראלית, vac השקיה חד פעמי, מחזיק מחט, תפר 3.0.</li>
		<li>הכינו בדיקה בעל פה וסמנו את הקצה הגדול והמעוקל של הגשושית בעט טוש בהתאם לקוטר הפגם (איור 1B). השתמש באפשרות זו כדי לקבוע את גודל הפגם במהלך הניתוח.</li>
		<li>יש לעקר את כל חומרי הניתוח והמכשירים המשמשים לביצוע ההליך לפני השימוש. ארזו את החומרים הרצויים בבד מקופל או בנייר עטיפה ואטמו אותם בסרט אוטומטי לעיקור בקיטור (125-135 מעלות צלזיוס למשך 20-25 דקות).</li>
		<li>הכנת אזור הניתוח: יש לחטא את שולחן הניתוחים והסביבה סביב השולחן על ידי ריסוס באלכוהול 75%. צרו אזור סטרילי בגודל של כ-60X90 ס"מ עם וילונות אוטוקלאביים על שולחן הניתוחים.</li>
	</ol></li>
	<li>הכנה להרדמה<ol><li>מרדימים את החולדות תוך צפקית עם 10% קטמין הידרוכלוריד (50-100 מ"ג/ק"ג) ו-2% קסילזין 2 מ"ג/ק"ג). השתמש בהזרקה תת עורית של קרפרופן (5 מ"ג / ק"ג) לשיכוך כאבים לפני הניתוח ותוך ניתוחי. בדוק את עומק ההרדמה על ידי בדיקת צביטת בוהן. לאחר ההרדמה, יש למרוח משחת עיניים סטרילית על העיניים כדי למנוע יובש בעיניים ופגיעה בקרנית.</li>
	</ol></li>
</ol>2. הליך כירורגי
<ol><li>הניחו את החולדה בתנוחת שכיבה רוחבית על שולחן הניתוחים הסטרילי והסירו את שערות הגפיים התחתונות בעזרת מכונת גילוח חשמלית.</li>
	<li>השתמש בתמיסת יודופור 5% ואלכוהול 75% לחיטוי רקמת העור באזור הניתוח.</li>
	<li>אתר את עצם הירך הפרוקסימלית והדיסטלית ובצע חתך של 2.5 ס"מ לאורך הציר הארוך של עצם הירך כדי לחתוך דרך רקמת העור של החולדה.<ol><li>יש להפריד את שכבת העור מהפאשיה בעזרת מלקחיים עיניים ומספריים רקמתיים, ולחשוף את הגישה הצידית לעצם הירך דרך שרירי הירך הדו-ראשיים ושרירי הירך הצדיים.</li>
		<li>יש לאתר את ההצטלבות של שתי מחיצות השרירים (קו רקמה לבן) ולהפריד בזהירות בעזרת להב כירורגי חד פעמי לאורך גבול השריר עד להגעה למשטח הירך. הערה: בעת שימוש בלהב חד פעמי להפרדת השריר, חשוב להפריד לאורך מחיצת השריר ולהיזהר מגרימת פגיעה בכלי הדם בתוך הרקמה הרכה. מתחילים ואלה שאינם מכירים את האנטומיה חייבים להשתמש במלקחיים אופתלמיים ומפרידים פריאוסטיאליים בדיסקציה קהה בין שני נפחי השרירים.</li>
	</ol></li>
	<li>החל מפריד periosteal כדי להפריד בבוטות את שרירי פני הירך ולחשוף את אמצע diaphysis הירך.</li>
	<li>השתמש בעט סמן סטרילי כדי לסמן את האזור של אתר הפגם על פני השטח האמצעיים של דיאפיזה הירך, הממוקם בחלק העליון של 1/3 הפסגה האלכסונית הצידית של ראש הירך.</li>
	<li>השתמש בידית האוראלית במהירות נמוכה עם מקדח כדור בהילוך איטי בקוטר 1.2 מ"מ כדי לקדוח חור קטן בניצב לפני השטח של העצם באתר המסומן, להרוס את periosteum ואת קליפת העצם עם עומק עמוק מספיק כדי להגיע לחלל מח העצם. ברמת עומק קידוח זו, הרחיבו את גודל החור במקביל לעומק זה לכל הכיוונים, וגזמו כדי להשיג צורת חלל תיבה.</li>
	<li>השתמש בבדיקה אוראלית מסומנת במקביל לקצה הפגם כדי לקבוע את קוטר הפגם ואת המורפולוגיה במהלך ולאחר ההכנה.</li>
	<li>סגרו את שכבות השרירים והעור עם 3-0 תפרים נספגים מונופילמנט, בהתאמה, וחיטאו את אזור הניתוח עם 5% יודופור מבפנים החוצה.</li>
</ol>3. טיפול לאחר הניתוח
<ol><li>לאחר הניתוח, יש לתת קרפרופן (5 מ"ג/ק"ג) תת עורית ולשים את החולדה על כרית חימום בטמפרטורה קבועה עד להחלמה מההרדמה. כאשר החולדה חוזרת להכרה, העבירו אותה בעדינות לכלוב המכיל מצעים יבשים ואוטוקלאביים.</li>
	<li>המשך שיכוך כאבים במשך 24 שעות ומעקב לאחר הניתוח במשך שבוע לאחר הניתוח.</li>
</ol>4. איסוף וניתוח דגימות
<ol><li>המתת חסד אנושית של החולדה לאחר ניתוח על ידי הזרקת נתרן pentobarbital 100-200 מ"ג / ק"ג intraperitoneally. יש להפריד בזהירות את השריר והרקמה הפאשיאלית על פני עצם הירך ולהסיר את עצם הירך בצד המנותח לחלוטין. אספו דגימות לאחר 0 ימים (איור 2A, B), שבועיים, 4 שבועות ו-6 שבועות לאחר הניתוח.</li>
	<li>תקן את דגימות עצם הירך ב 4% paraformaldehyde במשך 24 שעות. לנתח את המבנה של עצם הירך באמצעות טומוגרפיה מיקרו-ממוחשבת. הגדר את פרמטרי הסריקה כדלקמן: פוטנציאל צינור רנטגן, 70 kVp; מסנן, AL 0.5 מ"מ; עוצמת רנטגן, 0.2 mA; גודל ווקסל, 17 מיקרומטר; וזמן אינטגרציה, 1 × 300 אלפיות השנייה. בנה מחדש תמונות מודל תלת-ממדי באמצעות נתוני מפת סיביות.</li>
	<li>יש לסלק את הדגימות ב-10% EDTA למשך 8 שבועות לפני ייבוש דגימות עצם הירך בסדרה מדורגת של דילולי אתנול. לאחר מכן, הטמיעו את הדגימות בשעוות פרפין15.<ol><li>חותכים את הדגימות המשובצות לקטעי פרפין בגודל 5 מיקרומטר ממישור הסגיטל.</li>
		<li>מקטעי צביעה עם ערכת צביעה של המטוקסילין ואאוזין (H&E) וערכת צביעה של מאסון. שימו לב לריפוי אזור הפגם על ידי היסטופתולוגיה.</li>
	</ol></li>
</ol>

הקמה והערכה של קופסת עצם הירך של חולדה: מודל פגם בחלל

<ol>
	<li>Einhorn, T. A., Gerstenfeld, L. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Fracture+healing:+mechanisms+and+interventions.">Fracture healing: mechanisms and interventions.</a> Nat Rev Rheumatol. 11 (1), 45-54 (2015).</li><li>Claes, L., Recknagel, S., Ignatius, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Fracture+healing+under+healthy+and+inflammatory+conditions.">Fracture healing under healthy and inflammatory conditions.</a> Nat Rev Rheumatol. 8 (3), 133-143 (2012).</li><li>Holmes, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Nonunion+bone+fracture:+a+quicker+fix.">Nonunion bone fracture: a quicker fix.</a> Nature. 550 (7677), S193 (2017).</li><li>Dimitriou, R., Jones, E., McGonagle, D., Giannoudis, P. V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Bone+regeneration:+current+concepts+and+future+directions.">Bone regeneration: current concepts and future directions.</a> BMC Med. 9, 66 (2011).</li><li>Schmidt, A. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Autologous+bone+graft:+Is+it+still+the+gold+standard?+Injury.">Autologous bone graft: Is it still the gold standard? Injury.</a> 52 (Suppl 2). , S18-S22 (2021).</li><li>Baldwin, P., 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=Autograft,+allograft,+and+bone+graft+substitutes:+Clinical+evidence+and+indications+for+use+in+the+setting+of+orthopaedic+trauma+surgery.">Autograft, allograft, and bone graft substitutes: Clinical evidence and indications for use in the setting of orthopaedic trauma surgery.</a> J Orthop Trauma. 33 (4), 203-213 (2019).</li><li>Muscolo, D. L., Ayerza, M. A., Aponte-Tinao, L. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Massive+allograft+use+in+orthopedic+oncology.">Massive allograft use in orthopedic oncology.</a> Orthop Clin North Am. 37 (1), 65-74 (2006).</li><li>Yu, Y., 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=Biomimetic+periosteum-bone+substitute+composed+of+preosteoblast-derived+matrix+and+hydrogel+for+large+segmental+bone+defect+repair.">Biomimetic periosteum-bone substitute composed of preosteoblast-derived matrix and hydrogel for large segmental bone defect repair.</a> Acta Biomater. 113, 317-327 (2020).</li><li>Pearce, A. I., Richards, R. G., Milz, S., Schneider, E., Pearce, S. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Animal+models+for+implant+biomaterial+research+in+bone:+a+review.">Animal models for implant biomaterial research in bone: a review.</a> Eur Cell Mater. 13, 1-10 (2007).</li><li>McGovern, J. A., Griffin, M., Hutmacher, D. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Animal+models+for+bone+tissue+engineering+and+modelling+disease.">Animal models for bone tissue engineering and modelling disease.</a> Dis Model Mech. 11 (4), dmm033084 (2018).</li><li>Bigham-Sadegh, A., Oryan, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Selection+of+animal+models+for+preclinical+strategies+in+evaluating+the+fracture+healing,+bone+graft+substitutes+and+bone+tissue+regeneration+and+engineering.">Selection of animal models for preclinical strategies in evaluating the fracture healing, bone graft substitutes and bone tissue regeneration and engineering.</a> Connect Tissue Res. 56 (3), 175-194 (2015).</li><li>Horner, E. A., 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=Long+bone+defect+models+for+tissue+engineering+applications:+criteria+for+choice.">Long bone defect models for tissue engineering applications: criteria for choice.</a> Tissue Eng Part B Rev. 16 (2), 263-271 (2010).</li><li>Vajgel, A., 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=A+systematic+review+on+the+critical+size+defect+model.">A systematic review on the critical size defect model.</a> Clin Oral Implants Res. 25 (8), 879-893 (2014).</li><li>Samsonraj, R. M., 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=A+versatile+protocol+for+studying+calvarial+bone+defect+healing+in+a+mouse+model.">A versatile protocol for studying calvarial bone defect healing in a mouse model.</a> Tissue Eng Part C Methods. 23 (11), 686-693 (2017).</li><li>Yu, F., Li, F., Zheng, L., Ye, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Epigenetic+controls+of+Sonic+hedgehog+guarantee+fidelity+of+epithelial+adult+stem+cells+trajectory+in+regeneration.">Epigenetic controls of Sonic hedgehog guarantee fidelity of epithelial adult stem cells trajectory in regeneration.</a> Sci Adv. 8 (29), eabn4977 (2022).</li><li>Colnot, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Skeletal+cell+fate+decisions+within+periosteum+and+bone+marrow+during+bone+regeneration.">Skeletal cell fate decisions within periosteum and bone marrow during bone regeneration.</a> J Bone Miner Res. 24 (2), 274-282 (2009).</li><li>Bhandari, M., Shaughnessy, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+minimally+invasive+percutaneous+technique+of+intramedullary+nail+insertion+in+an+animal+model+of+fracture+healing.">A minimally invasive percutaneous technique of intramedullary nail insertion in an animal model of fracture healing.</a> Arch Orthop Trauma Surg. 121 (10), 591-593 (2001).</li><li>Muschler, G. F., Raut, V. P., Patterson, T. E., Wenke, J. C., Hollinger, J. O. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+design+and+use+of+animal+models+for+translational+research+in+bone+tissue+engineering+and+regenerative+medicine.">The design and use of animal models for translational research in bone tissue engineering and regenerative medicine.</a> Tissue Eng Part B Rev. 16 (1), 123-145 (2010).</li><li>Clifford, J., Rosen, M. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Primer on the Metabolic Bone Diseases and Disorders of Mineral Metabolism. , (2019).</li><li>Wong, R. M. Y., 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=A+systematic+review+of+current+osteoporotic+metaphyseal+fracture+animal+models.">A systematic review of current osteoporotic metaphyseal fracture animal models.</a> Bone Joint Res. 7 (1), 6-11 (2018).</li></ol>

כל הנתונים והתמונות המקוריים כלולים במאמר זה. המחברים מצהירים כי אין ניגוד עניינים

מודלים פרה-קליניים של בעלי חיים חיוניים לבחינת ריפוי עצם והשפעת ביו-חומרים על התחדשות העצם. פרוטוקול זה מדגים מודל פגם בחלל הירך המשכפל את תהליך היווצרות העצם התוך ממברנית הקשור להתחדשות עצם קלינית. אזור הפגם עבר סטנדרטיזציה תוך ניתוחית באמצעות בדיקה אוראלית מסומנת מראש. תוצאות מיקרו-CT ו?...

עצם שבורה ופגומה נובעת לעיתים קרובות מטראומה, גידולים, דלקות ומומים מולדים 1,2. למרות שרקמת עצם אצל אנשים צעירים ובריאים היא בדרך כלל בעלת יכולות התחדשות חזקות3, פגמים העולים על גודל קריטי או מכשולי ריפוי עקב מחלות מערכתיות (למשל, סוכרת, אוסטאופורוזיס וזיהומים) עדיין עלולים להוביל לסיבוכים כגון חוסר רציפות עצם או ריפוי לקוי4. כדי להתמודד עם אתגר קליני זה, השתלת עצם או ביו-חומרים משמשים בדרך כלל להחלפת עצם פגומה חמורה או לשחזור מקטעי עצם גדולים. עם זאת, טיפולים אלה יש מגבלות. לדוגמה, למרות שנחשב לתקן הזהב, השתלת עצם אוטולוגית סובלת מאספקת תורמים מוגבלת וסיבוכים פוטנציאלייםבאתר התורם 5,6. Allografts גם להציג סיכונים מסוימים, כגון דחייה בתיווך החיסון, העברה פוטנציאלית של מחלות, והשפעות שליליות על התכונות הביומכניות והביולוגיות של השתל7.
בשנים האחרונות אנו עדים לעלייה במחקר המתמקד במנגנוני ריפוי פגמים בעצמות. השימוש בביו-חומרים חלופיים וההתקדמות בהנדסת רקמות התגלו כנושאים בולטים בתחום התחדשות העצם8. לפני שניתן יהיה ליישם ביו-חומרים אלה בטיפול בבני אדם, יש לבדוק אותם במבחנה ו-in vivo כדי להבטיח את יעילותם ובטיחותם. עם זאת, המורכבות המופחתת של סביבות חוץ גופיות והיעדר תגובות חיסוניות ודלקתיות מגבילות את ההערכה של ביו-חומרים שונים במבחנה. כתוצאה מכך, יש צורך בהקמת מודלים של בעלי חיים לסוגים שונים של פגמים ברקמת העצם9. מודלים של בעלי חיים מאפשרים הערכה של ביו-חומרים בתנאי העמסה שונים, מאפשרים הבנה של מאפייני עצם ספציפיים למין ומספקים תובנה לגבי הדמיון בין מודלים של בעלי חיים לבין מצבים קליניים אנושיים. יתרונות אלה חיוניים לחקר אינטראקציות בין פיגומים לעצם ולתרגום ממצאי המחקר לפרקטיקה קלינית 9,10.
נכון לעכשיו, מודלים של בעלי חיים עם פגמי עצם מכניים נמצאים בשימוש נרחב כדי לאמת את הביצועים של ביו-חומרים, כאשר מודלים של פגמים בעצם הגולגולת ומודלים של פגם עצם סגמנטלי הם השיטות הנפוצות ביותר המיושמות11. מודלים של פגם עצם סגמנטלי, המשמשים לעתים קרובות לחיקוי טראומה חמורה של עצם ארוכה או טיביאלית המסתיימת באי-איחוד עצם, הם בעלי יתרון בשל ממדיהם האחידים ומיקומם האנטומי המוגדר, המפשטים הערכות רדיולוגיות או היסטולוגיות של היווצרות עצם חדשה ורה-וסקולריזציה. עם זאת, מודלים אלה דורשים שתלי מתכת כדי לייצב מקטעי שבר דו צדדיים ומחייבים תהליך ריפוי מורכב הכולל הן אוסיפיקציה אנדוכונדרלית והן תוך ממברנית12. מצד שני, מודלים של פגמי עצם קלווריאלית הפכו לכלי סינון עיקרי להערכת ביו-חומרים בשל קוטר הפגם הסטנדרטי שלהם, הגישה הניתוחית הנוחה והתפקוד התומך של דורה מאטר ורקמות רכות13. למרות שהם נמצאים בשימוש נרחב למידול היווצרות עצם תוך ממברנית בתרחישים רלוונטיים מבחינה קלינית, הם אינם מתאימים להערכת ריפוי עצם בתנאי עומס ביומכני בשל אופיים שאינו נושא עומס במהלך תהליך הריפוי14.
כדי להתמודד עם מגבלות אלה, הקמנו מודל של פגם עצם קליפת המוח בחלל הקופסה ברקמת דיאפיזה של עצם הירך של חולדות. תוך שימוש בטומוגרפיה מיקרו-ממוחשבת (CT), שחזור תלת-ממדי (תלת-ממדי) וצביעה היסטופתולוגית (Hematoxylin ו-eosin [HE] ו-Masson), ניתחנו את תהליך הריפוי של מודל זה בתנאי המוסטזיס. אנו שואפים להציע תובנות חדשות להערכת ביצועי חומרים ביולוגיים בתנאי עומס ביומכני וללימוד הביו-הנדסה והמנגנון של התחדשות עצם מול אוסיפיקציה תוך-ממברנית.

<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td>1.2 mm slow speed ball drill</td>
			<td>Dreybird Medical Equipment Co., Ltd.</td>
			<td>RA3-012</td>
			<td>For preparation of box cavity defects</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>3.0 suture</td>
			<td>Chengdu Shifeng Co., Ltd.</td>
			<td>None</td>
			<td>For suturing wounds</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>4% paraformaldehyde</td>
			<td>Biosharp</td>
			<td>BL539A</td>
			<td>For fix the femoral specimens</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Cotton balls</td>
			<td>Haishi Hainuo Group Co.,&#160; Ltd.</td>
			<td>20120047</td>
			<td>For skin sterilization and cleaning of surgical field</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Cotton sticks</td>
			<td>Lakong Medical Devices Co., Ltd.</td>
			<td>M6500R</td>
			<td>For skin disinfection</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Dental technician grinding machine</td>
			<td>Marathon</td>
			<td>N3-140232</td>
			<td>For preparation of box cavity defects</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Disposable scalpel</td>
			<td>Hangzhou Huawei Medical Supplies Co., Ltd.</td>
			<td>20100227</td>
			<td>For creating skin incisions as well as to sharply separate muscle tissue</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Electric shaver</td>
			<td>JASE</td>
			<td>BM320210</td>
			<td>Removal of hair tissue from the surgical area</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Hematoxylin and Eosin Stain kit</td>
			<td>Biosharp</td>
			<td>C1005</td>
			<td>For the histological analysis of the specimens</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Masson&#8217;s Trichrome Stain Kit</td>
			<td>Solarbio</td>
			<td>G1340</td>
			<td>For the histological analysis of the specimens</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Micro CT</td>
			<td>Scanco medical ag</td>
			<td>&#181;CT 45</td>
			<td>For analyzing the healing of defects in femoral samples</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Needle holder</td>
			<td>Chengdu Shifeng Co., Ltd.</td>
			<td>None</td>
			<td>For suture-holding needles</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Olympus Research Grade Whole Slide Scanning System VS200</td>
			<td>Chengdu Knowledge Technology Co.</td>
			<td>VS200</td>
			<td>For analyzing the results of HE staining and Masson staining</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Ophthalmic forceps</td>
			<td>Chengdu Shifeng Co., Ltd.</td>
			<td>None</td>
			<td>For clamping skin, muscle tissue</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Ophthalmic scissors</td>
			<td>Chengdu Shifeng Co., Ltd.</td>
			<td>None</td>
			<td>For forming a skin incision approach</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Oral low-speed handpiece</td>
			<td>Marathon</td>
			<td>Y221101003</td>
			<td>For preparation of box cavity defects</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Oral probe</td>
			<td>Shanghai Sangda Medical Insurance Co., Ltd.</td>
			<td>20000143</td>
			<td>For measuring the diameter of defects</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Periosteal separator</td>
			<td>Chengdu Shifeng Co., Ltd.</td>
			<td>None</td>
			<td>For blunt separation of muscle tissue</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sprague&#8211;Dawley rats</td>
			<td>Byrness Weil Biotech Ltd</td>
			<td>None</td>
			<td>For the establishment of femoral bone boxy cavitary defect</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Tissue scissors</td>
			<td>Chengdu Shifeng Co., Ltd.</td>
			<td>None</td>
			<td>For forming a skin incision approach</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

creating a box-cavity defect model in the cortical bone of rat femora

פגמים חמורים בעצמות או שברים מורכבים עלולים לגרום לסיבוכים חמורים כגון אי איחוד או ריפוי עצם לא מספיק. הנדסת רקמות, הכוללת יישום של תאים, פיגומים וציטוקינים, נחשבת לפתרון מבטיח להתחדשות עצם. כתוצאה מכך, מודלים שונים של בעלי חיים המדמים פגמים בעצמות ממלאים תפקיד מכריע בחקר הפוטנציאל הטיפולי של הנדסת רקמות לריפוי עצם. במחקר זה ביססנו מודל של פגם עצם קליפת המוח בצורת קופסה באמצע עצם הירך של חולדות, שיכול לשמש כמודל אידיאלי להערכת תפקידם של ביו-חומרים בקידום ריפוי עצם. פגם זה בצורת קופסה נקדח באמצעות ידית אוראלית במהירות נמוכה ועוצב על ידי מחט מחרטה. ניתוח מיקרו-CT לאחר הניתוח נערך מיד כדי לאשר את ההקמה המוצלחת של הפגם בעצם קליפת המוח בחלל הקופסה. עצם הירך בצד המנותח של החולדות נקטפה במספר נקודות זמן לאחר הניתוח (0 ימים, שבועיים, 4 שבועות ו-6 שבועות). תהליך הריפוי של אזור הפגמים של כל דגימה הוערך באמצעות צביעת מיקרו-CT, המטוקסילין ואוזין (H&E) וצביעת טריכרום מאסון. תוצאות אלה הדגימו דפוס ריפוי העולה בקנה אחד עם ossification intramembranous, עם ריפוי למעשה להשלים על ידי 6 שבועות. הסיווג של תהליך הריפוי של מודל בעלי חיים זה מספק שיטת in vivo יעילה לחקר ביו-חומרים ותרופות חדשניים המכוונים לאוסיפיקציה תוך-ממברנית במהלך ריפוי פגמים ברקמת העצם.

Fractured and defective bone often results from trauma, tumors, inflammation, and congenital malformations1,2. Although bone tissue in young healthy individuals typically possesses robust regenerative abilities3, defects exceeding a critical size or healing impediments due to systemic diseases (e.g., diabetes, osteoporosis, and infections) may still lead to complications such as bone discontinuity or impaired healing4. To address this clinical challenge, bone grafting or biomaterials are commonly used to replace severely defective bone or to reconstruct large bone segments. However, these treatments have limitations. For instance, although considered the gold standard, autologous bone grafting suffers from restricted donor supply and potential donor site complications5,6. Allografts also present certain risks, such as immune-mediated rejection, potential transmission of diseases, and negative impacts on the biomechanical and biological properties of the graft7.
Recent years have witnessed a surge in research focusing on bone defect healing mechanisms. The use of alternative biomaterials and advancements in tissue engineering have emerged as prominent topics within the domain of bone regeneration8. Before these biomaterials can be applied to human therapy, they must be tested in vitro and in vivo to ensure their efficacy and safety. However, the reduced complexity of in vitro environments and the absence of immune and inflammatory responses limit the evaluation of various biomaterials in vitro. Consequently, the establishment of animal models for various types of bone tissue defects is needed9. Animal models allow the evaluation of biomaterials under different loading conditions, facilitate understanding of species-specific bone characteristics, and provide insight into the similarity between animal models and human clinical situations. These advantages are essential for studying bone-scaffold interactions and translating research findings into clinical practice9,10.
Currently, mechanical bone defect animal models are widely used to validate the performance of biomaterials, with cranial bone defect models and segmental bone defect models being the most commonly applied methods11. Segmental bone defect models, often utilized to mimic severe long bone or tibial trauma ending in bone nonunion, are advantageous due to their uniform dimensions and defined anatomical positions, simplifying radiological or histological evaluations of new bone formation and revascularization. However, these models require metal implants to stabilize bilateral fracture segments and necessitate a complex healing process involving both endochondral and intramembranous ossification12. On the other hand, calvarial bone defect models have become a primary screening tool for evaluating biomaterials due to their standardized defect diameters, convenient surgical access, and the supportive function of dura mater and soft tissue13. Although they are widely used for modeling intramembranous bone formation in clinically relevant scenarios, they are unsuitable for evaluating bone healing under biomechanical loading conditions due to their non-load-bearing nature during the healing process14.
To address these limitations, we established a box-cavity cortical bone defect model in the femoral diaphysis tissue of rats. Utilizing micro-computed tomography (CT) three-dimensional (3D) reconstruction, and histopathological staining (Hematoxylin and eosin [HE] and Masson), we analyzed the healing process of this model under hemostasis conditions. We aim to offer fresh insights for evaluating biomaterial performance under biomechanical loading conditions and for studying the bioengineering and mechanism of bone regeneration vis-&#224;-vis intramembranous ossification.

Author Spotlight: The Box-Cavity Cortical Approach for Enhanced Evaluation of Biomaterials and Bone Regeneration

יצירת מודל פגם בחלל הקופסה בעצם קליפת המוח של Femora חולדה

Various animal models with bone defects are applied in exploring the therapeutic potential of tissue engineering for bone healing. However, most of them are unable to generate standard defects under biomechanical loading conditions, which is important in evaluating the bone healing effect of bio materials. Compared to traditional bone defect models, the recent box cavity cortical bone defect model offers significant advancements.It not only provides a standardized bone defect size for more accurate quantification of bone healing, but also allows for the assessment of bio materials under biomechanical loading conditions without the need for additional fixation. Our protocol provides a comprehensive and generalizable approach for investigating intramembranous bone formation within in vivo study of bone regeneration models. This is particularly beneficial for the field of bone tissue engineering.

בפרוטוקול זה, אנו מבססים בהצלחה מודל פגם בחלל הירך של חולדה במידות של 4.5 מ"מ x 1.5 מ"מ על ידי קידוח. על מנת לנתח את תהליך הריפוי, אספנו את רקמת הירך בצד המנותח ב-0 ימים, שבועיים, 4 שבועות ו-6 שבועות לאחר הניתוח, שהן נקודות הזמן העיקריות של אוסיפיקציה אנדוכונדרלית, אוסיפיקציה תוך-מ?...

Watch this Scientific Journal Video about Creating a Box-Cavity Defect Model in the Cortical Bone of Rat Femora at JoVE.com

כאן, אנו מציגים פרוטוקול ליצירת פגם בחלל הקופסה ברקמת דיאפיזה של עצם הירך של חולדה. מודל זה יכול להעריך ביצועים ביו-חומריים תחת לחץ ביומכני ולחקור מנגנונים של התחדשות עצם הקשורים לאוסטאוגנזה תוך-ממברנית.

Severe bone defects or complex fractures can result in serious complications such as nonunion or insufficient bone healing. Tissue engineering, which ...

מודלים שונים של בעלי חיים עם פגמים בעצמות מיושמים בחקר הפוטנציאל הטיפולי של הנדסת רקמות לריפוי עצם. עם זאת, רובם אינם מסוגלים ליצור פגמים סטנדרטיים בתנאי עומס ביומכני, וזה חשוב בהערכת אפקט ריפוי העצם של חומרים ביולוגיים. בהשוואה למודלים מסורתיים של פגמי עצם, מודל הפגם האחרון בקליפת המוח בחלל הקופסה מציע התקדמות משמעותית.זה לא רק מספק גודל פגם עצם סטנדרטי לכימות מדויק יותר של ריפוי עצם, אלא גם מאפשר הערכה של חומרים ביולוגיים בתנאי עומס ביומכני ללא צורך בקיבוע נוסף. הפרוטוקול שלנו מספק גישה מקיפה וניתנת להכללה לחקר היווצרות עצם תוך ממברנית במחקר in vivo של מודלים להתחדשות עצם. זה מועיל במיוחד עבור תחום הנדסת רקמת העצם.

creating-a-box-cavity-defect-model-in-the-cortical-bone-of-rat-femora

Research

JoVE Journal

Medicine

Creating a Box-Cavity Defect Model in the Cortical Bone of Rat Femora

509 Views.  West China Hospital of Stomatology, Sichuan University. מודלים שונים של בעלי חיים עם פגמים בעצמות מיושמים בחקר הפוטנציאל הטיפולי של הנדסת רקמות לריפוי עצם. עם זאת, רובם אינם מסוגלים ליצור פגמים סטנדרטיים בתנאי עומס ביומכני, וזה חשוב בהערכת אפקט ריפוי העצם של חומרים ביולוגיים. בהשוואה למודלים מסורתיים של פגמי עצם, מודל הפגם האחר?...

Video: Author Spotlight: The Box-Cavity Cortical Approach for Enhanced Evaluation of Biomaterials and Bone Regeneration

Severe bone defects or complex fractures can result in serious complications such as nonunion or insufficient bone healing. Tissue engineering, which involves the application of cells, scaffolds, and cytokines, is considered a promising solution for bone regeneration. Consequently, various animal models that simulate bone defects play a crucial role in exploring the therapeutic potential of tissue engineering for bone healing. In this study, we established a box-shaped cortical bone defect model in the mid-femur of rats, which could serve as an ideal model for assessing the function of biomaterials in promoting bone healing. This box-shaped cortical bone defect was drilled using an oral low-speed handpiece and shaped by a lathe needle. Post-operative micro-CT analysis was immediately conducted to confirm the successful establishment of the box-cavity cortical bone defect. The femurs on the operated side of the rats were then harvested at multiple time points post-surgery (0 days, 2 weeks, 4 weeks, and 6 weeks). The healing process of each sample&#39;s defect area was evaluated using micro-CT, hematoxylin and eosin (H&#38;E) staining, and Masson trichrome staining. These results demonstrated a healing pattern consistent with intramembranous ossification, with healing essentially complete by 6 weeks. The categorization of this animal model&#39;s healing process provides an effective in vivo method for investigating novel biomaterials and drugs that target intramembranous ossification during bone tissue defect healing.

Here, we present a protocol for creating a box-cavity defect in rat femoral diaphysis tissue. This model can assess biomaterial performance under biomechanical stress and explore mechanisms of bone regeneration related to intramembranous osteogenesis.

Rat Femoral Diaphysis Box-Cavity Creation

To begin place the anesthetized rat in a lateral recumbent position on the sterile surgical table. Remove the lower limb hairs with an electric shaver. Disinfect the surgical area in a circular motion with 5%iota four solution, followed by 75%alcohol.After locating the proximal and distal femur, make a 2.5 centimeter incision along the long axis of the femur to cut through the skin tissue. Using ophthalmic forceps and tissue scissors, separate the skin layer from the fascia. Expose the lateral approach to the femur through the biceps femurs and lateral femoral muscles.Locate the intersection of the two muscle septa and carefully separate with a disposable surgical blade along the muscle border until the femoral surface is reached. Next, apply a periosteal separator to bluntly separate the femoral surface muscles and expose the middle of the femoral diaphysis. Using a sterile marker pen, mark the area of the defect site on the mids surface of the femoral diaphysis.Next, using an oral low speed handpiece drill a small hole perpendicular to the bone surface at the marked site, destroying the periosteum and bone cortex to depth reaching the bone marrow cavity. Expand the hole in all directions to achieve a box cavity shape. Now hold a labeled oral probe parallel to the edge of the defect to determine the defect diameter and morphology.Suture to close the muscle and skin layers. Finally, disinfect the surgical area with 5%iota four from the inside out.