Criando um modelo de defeito de cavidade em caixa no osso cortical do fêmur de rato

Resumo

Aqui, apresentamos um protocolo para a criação de um defeito em cavidade em caixa em tecido de diáfise femoral de ratos. Este modelo pode avaliar o desempenho do biomaterial sob estresse biomecânico e explorar mecanismos de regeneração óssea relacionados à osteogênese intramembranosa.

Resumo

Defeitos ósseos graves ou fraturas complexas podem resultar em complicações graves, como não consolidação ou cicatrização óssea insuficiente. A engenharia de tecidos, que envolve a aplicação de células, scaffolds e citocinas, é considerada uma solução promissora para a regeneração óssea. Consequentemente, vários modelos animais que simulam defeitos ósseos desempenham um papel crucial na exploração do potencial terapêutico da engenharia de tecidos para a cicatrização óssea. Neste estudo, estabelecemos um modelo de defeito ósseo cortical em forma de caixa no fêmur médio de ratos, que poderia servir como um modelo ideal para avaliar a função dos biomateriais na promoção da cicatrização óssea. Este defeito ósseo cortical em forma de caixa foi perfurado com uma peça de mão oral de baixa velocidade e moldado por uma agulha de torno. A análise de micro-TC pós-operatória foi imediatamente realizada para confirmar o estabelecimento bem-sucedido do defeito ósseo cortical da cavidade em caixa. Os fêmures do lado operado dos ratos foram então colhidos em vários momentos pós-operatórios (0 dias, 2 semanas, 4 semanas e 6 semanas). O processo de cicatrização da área de defeito de cada amostra foi avaliado por meio de micro-CT, coloração de hematoxilina e eosina (H&E) e coloração tricrômica de Masson. Esses resultados demonstraram um padrão de cicatrização consistente com ossificação intramembranosa, com cicatrização essencialmente completa em 6 semanas. A categorização do processo de cicatrização deste modelo animal fornece um método in vivo eficaz para investigar novos biomateriais e medicamentos que visam a ossificação intramembranosa durante a cicatrização de defeitos do tecido ósseo.

Introdução

O osso fraturado e defeituoso geralmente resulta de trauma, tumores, inflamação e malformações congênitas ^1,2. Embora o tecido ósseo em indivíduos jovens e saudáveis normalmente possua habilidades regenerativas robustas³, defeitos que excedem um tamanho crítico ou impedimentos de cicatrização devido a doenças sistêmicas (por exemplo, diabetes, osteoporose e infecções) ainda podem levar a complicações como descontinuidade óssea ou cicatrização prejudicada⁴. Para enfrentar esse desafio clínico, enxerto ósseo ou biomateriais são comumente usados para substituir osso....

Protocolo

Todos os procedimentos em animais neste estudo foram revisados e aprovados pelo Comitê de Ética da Escola de Estomatologia da China Ocidental, Universidade de Sichuan (WCHSIRB-D-2021-597). Ratos Sprague-Dawley (machos, peso corporal 300 g) foram utilizados para o presente estudo.

1. Preparação pré-cirúrgica

1. Preparação do instrumento
   1. Consulte a Figura 1A para os instrumentos cirúrgicos utilizados neste estudo: barbeador elétrico, tesoura de tecido, tesoura oftálmica, pinça oftálmica, bisturi descartável, separador de periósteo, peça de mão oral de baixa rotação, sonda oral, aspirador de irrigaçã....

Discussão

Modelos animais pré-clínicos são vitais para examinar a cicatrização óssea e a influência dos biomateriais na regeneração óssea. Este protocolo ilustra um modelo de defeito em cavidade femoral replicando o processo de formação óssea intramembranosa associado à regeneração óssea clínica. A área do defeito foi padronizada no intraoperatório usando uma sonda oral pré-marcada. Os resultados da micro-TC e da coloração histopatológica mostraram cicatrização progressiva ao longo de 6 semanas, com peri?.......

Materiais

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