JoVE Logo
АВТОРЫ
СВЯЖИТЕСЬ С НАМИ

Войдите в систему

Для просмотра этого контента требуется подписка на Jove Войдите в систему или начните бесплатную пробную версию.

В этой статье

  • Резюме
  • Аннотация
  • Введение
  • протокол
  • Результаты
  • Обсуждение
  • Раскрытие информации
  • Благодарности
  • Материалы
  • Ссылки
  • Перепечатки и разрешения

Резюме

Это исследование описывает, воспроизводимые и подробный протокол с помощью недавно разработанных внешних фиксаторов для отвлечения остеогенез в бедренной крыса модели какие разрешения физиологических несущие животных после удаления внешних фиксаторов.

Аннотация

Этот протокол описывает использование недавно разработанных внешних фиксаторов для отвлечения остеогенез в мышиной модели бедренной кости. Отвлечение Остеогенез (ДУ) является хирургической техники, ведущих к костной регенерации после остеотомии. Osteotomized конечностей перемещаются друг от друга, постепенно отвлечение достичь желаемого удлинения. Эта процедура широко используется людьми для нижних и верхних конечностей, удлинение, лечение после исправления кости, или регенерации дефекта кости после иссечения опухоли костей, а также в реконструкции челюстно-лицевой хирургии. Только несколько исследований четко продемонстрировать эффективность их протокола в получении функционального регенерации костей, т.е., кости, которые будут поддерживать физиологическое несущие без разрушения после удаления внешних фиксаторов. Кроме того протоколы для различны и воспроизводимость ограничивается отсутствием информации, что делает сравнение между исследованиями трудно. Целью данного исследования было разработать воспроизводимые протокол, состоящий из соответствующих внешних фиксаторов дизайн для крыс Удлинение конечностей, с подробной хирургическая техника, которая позволяет физиологических несущие животного после удаления внешнего фиксаторов.

Введение

Отвлечение Остеогенез (ДУ) является хирургическая техника широко используется клинически1,2,,34 людей для нижней1,2 и верхние3 удлинения конечностей, лечение после исправления кости, или регенерации после хирургии для костей опухоль иссечение также как и челюстно-лицевая реконструкция4дефекта кости. Сделайте приводит к костной регенерации после размещения внешних фиксаторов в кости и остеотомии. Osteotomized конечностей перемещаются друг от друга путем постепенного отвлечение2 для достижения желаемого удлинения. Следует период консолидации, в течение которого существует не больше удлинение.

Процедуры делать делится на три этапа: задержка, дистракции и консолидации. Как правило задержка 7-дневный период начинается сразу после остеотомии4. Это позволяет кости ремонт начать первый шаг заживление процесс4. Латентный период сопровождается отвлечение период где тяговой силы применяются к регенерации каллуса и окружающих мягких тканей1,2,4. При достижении желаемого удлинения, начинается отвлечение останавливается и периода консолидации. В этот период внешних фиксаторов сохраняется до регенерации кости функциональных достаточно для поддержки его удаление.

Различные параметры влияют кости ремонт например длину и частоту удлинение, тип внешних фиксаторов, частота дистракции, длина периода консолидации, или тип механического стресса, применяется к отвлекаться каллуса. Например скорость и частота удлинения может привести преждевременной консолидации5 или срыва этого процесса путем создания невосстановимый ущерб как некротических тканей или кисты в пределах каллуса6,7.

Многие делают протоколы были прикладной к различных животных моделей8,9,10 для изучения процессов репарации кости и максимизировать костной консолидации. У крыс большинство исследований11,12,13,,1415 сосредоточена на как сократить ду Протокол путем ускорения процесса консолидации каллуса. Некоторые из этих экспериментальных исследований используются уже имеющиеся внешние фиксаторы для человека клинических приложений5,13,,1516. Однако эти типы внешних фиксаторов не подходят для ДУ на бедренной кости крыс, которая exhibits различные анатомические характеристики от человека бедренной кости. Кроме того лишь немногие исследования ясно продемонстрировать эффективность их протоколов в получении функционального регенерации кости7,16. Поэтому трудно сравнивать результаты различных исследований ДУ, благодаря их различные протоколы и отсутствием информации о внешних фиксаторов12,13,14,17.

Таким образом целью данного исследования было описать в мышиной модели, эффективной и воспроизводимые протокол для ДУ на бедра, что приводит к функциональным регенерации кости. С этой целью мы разработали домашние и easy-to-use внешних фиксаторов специально для крыс бедренной кости, который мы описали подробно в настоящем Протоколе. В разработке технических спецификаций для этого устройства, мы учли все основные ограничения для хорошее распределение механических напряжений и избегая производство остаточных напряжений. Техническая спецификация включает соответствующие геометрии для устройства позволить чисто тягловую силу на кости и окружающих тканей, соответствующий вес для походку животных, контроля длины удлинение костей, и хороший выравнивание костей сегментов без производства касательное напряжение на пересечении булавки и кости. Кроме того это устройство должно использоваться без седации животного во время дистракции, биосовместимых и стерилизации без повреждения. После 7 недель консолидации этот протокол для ДУ на бедра крыса привело к функциональной регенерированный кости, продемонстрированные животных физиологических несущие без разрушения регенерированный каллуса после удаления внешних фиксаторов. Физиологические походку животных согласуется с архитектурной параметры, полученные из микро CT анализ регенерированный каллуса и рентгеноструктурного анализа.

протокол

все описанные процедуры были утверждены университета Экс-Марсель институциональных животных ухода и использования Комитетом и министерством французских исследовательских и выступал в обычных животных дома (Марсель медицинский факультет Франция).

1. определить функциональные характеристики внешних фиксаторов на основе следующих руководящих принципов

  1. оптимизировать кости Анкоридж.
    1. Имплантата половину Резьбовые штифты с диаметром (нарезную) 1 мм.
  2. Выбрать дизайн для уменьшения дискомфорта для животное.
    1. Выбрать внешних фиксаторов небольшого размера, который вписывается в объеме 7 723 мм 3 (32 x 19 x 12,7 мм).
    2. Выбрать внешних фиксаторов с низким весом, менее 13 g без булавки, чтобы не мешать животных ' походкой. Выберите алюминия как материала для двух блоков из-за его низкой плотности.
      Примечание: Фаски блоков значительно уменьшить вес двух частей.
  3. Управления движением фиксаторов такова, что направление растягивающее усилие поддерживается параллельно направлению кости и обеспечить чистой силы растяжения.
    1. Использовать раздвижные бар, проходит через два блока. Паз и открыть блоки, так что каждый может нести две булавки.
    2. Использовать удлинение винт с одной гладкой стороной, которая превращает свободно в блоке и может быть охвачен пальцами и с резьбовой стороной, которая вытесняет второй блок вращения. Якорь два контакта в кости, на каждой стороне перелома, чтобы сохранить направление растягивающее усилие параллельно направлению кости. Поддерживать растяжение силы по продольной оси, чтобы позволить хорошее распределение напряжений на контакты. Обеспечить четыре булавки с фиксирующими винтами.
  4. Выбор материалов, как алюминий, Титан и сталь, которая может выдерживать температуры стерилизации.
  5. , Убедитесь, что ПИН размещение соответствует геометрии внешних фиксаторов ( рис. 1 -B).
    1. Использовать бурения руководство, содержащее струбциной, затянуты на кости сохранить положение бурения.
    2. Сократить рычаг зажима для низкой зажима. Расположите зажим в середине устройство, выше будущего разрушения, чтобы очистить стороны.
  6. Сделать легко руководство отвлечение настроить, добавив накатанной головкой затянуть и выпустить мобильный блок.
    1. Используйте винт достаточно широким, чтобы манипулировать с пальцами одиночку.
    2. Добавить просверленные квадратную гайку в середине удлинение винт между двумя блоками, чтобы позволить легко отвлечение.
    3. Сделать эту квадратную гайку (8 мм с каждой стороны) больше, чем двух блоков, чтобы позволить ручного использования с тонкой спицей или любого объекта. Поверните винт ¼ превратить разрешить удлинения 0,125 мм.

2. Хирургия

Примечание: помощник является обязательным для всех хирургических процедур. Четыре 12 недельных самцов крыс Sprague-Dawley кормили стандартных лабораторных диета ad libitum.

  1. Подготовить хирургические инструменты.
    1. Стерилизовать все следующие хирургические инструменты: 1 rugine, 2 Senn ' s ретракторы, 1 микро Олсен-Хегар Базель-иглодержатель, 1 Иглодержатель Майо-Хегар Базель, 1 Майо ножниц и 1 скальпель.
    2. Стерилизации внешних фиксаторов, бурения руководство, 4 половину Резьбовые штифты, 4 винта, кончик и строка дрель, и кончик и строка piezotome. Стерилизация автоклавированием при 135 ° C 18 мин этих инструментов
    3. Установить грелку под полем стерильных на операционном столе. Поместите все документы или инструменты на другое поле стерильным.
  2. Anesthetize и подготовить животное.
    1. Весят крыса подготовить анестетиков и болеутоляющее смесь
    2. определить и подсчитать количество Bupremorphine и Carprofen подготовить болеутоляющее смесь экспромтом. Используйте бупренорфин (0,03 мг/мл) и Carprofen (5 мг/мл) соответственно на 0,05 мг/кг и 5 мг/кг
    3. Сдерживать крыса и подкожно впрыскивают болеутоляющее смесь. Подождите несколько секунд, а затем придать внутрибрюшинно анестезии смесь.
    4. Бритья правый задние конечности с электрической бритвой и лечить конечности с повидон йод раствор.
    5. Положите животное боково (правая сторона вверх) на стерильную поле Разрешить правильное позиционирование внешних фиксаторов вдоль оси медиолатеральной.
    6. Поставить стерильные компрессы на его голову, чтобы защитить свои глаза во время хирургии.
  3. Имплантата внешних фиксаторов в бедренной.
    1. Ориентир Кожный разрез. С маркером Нарисуйте точку от дистальной части (колено) и вторую точку в проксимальной части (хип) по срединной линии в сагиттальной плоскости. Затем нарисуйте линию между этими точками 2.
    2. Надрезать растянутой кожи вдоль линии чертежа с помощью скальпеля.
    3. Вырезать между двуглавой мышцы бедра и мышц бедра до бедра полностью разоблачил, с помощью скальпеля. Использование 2 Senn ' s ретракторы (может потребоваться помощник) для облегчения мышечных разрез.
    4. Поднимите надкостницы и отсоедините мягких тканей от кости с помощью rugine.
    5. Проверить, что подвергается бедра достаточно долго.
      1. Вставить штыри в проксимальном и дистальном отверстия внешних фиксаторов.
      2. Позиция внешних фиксаторов и проверьте, что контакты можно якорь в бедренной.
    6. Имплантата 4 параллельно 1 мм половину Резьбовые штифты в бедренной кости.
      1. Взять бурения руководство и раздвинуть мышцы с 2 Senn ' s ретракторы. Затяните зажим бурения руководство в середине бедра.
      2. Сверло 4 предварительно отверстия в бедренной кости. С помощью электродрели, сверлить отверстия со скоростью до 2000 об/мин, передав металл сверло диаметром 0.6 мм через отверстия 4 руководство.
        1. Начать с самых проксимальных и дистальных отверстий и закончить с двумя средние те руководства. Будьте осторожны пройти через оба коре, но чтобы не повредить мягкие ткани под бедра.
      3. Взлет бурения руководство.
      4. Увеличить 4 до отверстия с 0,8 мм половина резьбовой штифт.
        1. Работа PIN-код и обратно через 0,6 мм отверстия. Будьте осторожны, чтобы остаться перпендикулярно к бедренной кости и раковина через оба коре.
      5. Имплантата половину Резьбовые штифты 1 мм.
        1. Ручка глава половина резьбовой штифт 1 мм с иглодержатель.
        2. Раковина булавку, чтобы увеличить до отверстия. Убедитесь, что контакты прорезать оба коре и не выступать более чем на 1 мм, с Senn ' втягивающее ф.
      6. Подключение внешних фиксаторов 4 половину Резьбовые штифты. Убедитесь, что смещение (расстояние между фиксатором ' двух блоков и поверхность кости) составляет около 6 мм позволяет легко швы и хорошей жесткостью системы 18.
      7. Обеспечить 4 винта блокировки, чтобы внешних фиксаторов заблокирован к штифтам.
  4. Osteotomize бедренной.
    1. Выполняют остеотомия между 2 Центральный контактов с piezotome.
    2. Закройте wound непрерывный шов с помощью потока рассасывающимся швом (5.0) и Майо-Хегар Базель иглодержателя. Убедитесь, что только кожи сшитые, а не мышцы.
  5. Проверить хирургии и монитор животных.
    1. Выполнять рентгеновский снимок сразу после операции, в то время как животное еще под наркозом. Проверьте глубину все контакты и osteotomized конечностей, выравниваются после длинной оси.
    2. Обеспечить обезболивающее и antibioprophylaxy подкожно бупренорфин (0,03 мг/мл) и Enrofloxacine (50 мг/мл) соответственно на 0,05 мг/кг и 10 мг/кг.
    3. Определить и подсчитать количество antipamezole положить на анестезию. Использование antipamezole в 1 мг/кг и сделать подкожная инъекция, администрирования продукта. Разрешить животное, чтобы восстановить сознание и вернуть его в своей клетке.
    4. Шесть часов после операции, ввести вторую дозу смеси анальгезию (бупренорфина и Carprofen) соответственно на 0,05 мг/кг и 5 мг/кг подкожно.
      В ближайшие 3 дня по крайней мере, дать эти инъекции дважды в день для анальгезии смеси и один раз в день для antibioprophylaxy. Регулярные диспансеризации должно выполняться оценить эффективность обезболивания и должен быть изменен согласно признаки поведения каждого животного.
    5. Проверить, что животные могут ходить с использованием их приводом задних конечностей обычно на следующий день после операции.

3. Отвлечение

  1. отпуск внешних фиксаторов в нейтральном положении фиксации на 1 неделю. Рентген конечности в конце этого этапа. Проверьте расположение контакты и выравнивание костей сегментов.
  2. Вручную поверните квадратную гайку одна половина (0,25 мм) по часовой стрелке каждые 12 ч для выполнения отвлечение. Отвлечь на 10 дней, которые должны привести к удлинению костей 5 мм, составляет 12% удлинение по отношению к исходной длины сегмента управляет кости.
    1. Не анестезировать животного во время этого шага. Рентген на полпути через и в конце этого периода, чтобы проверить, позиционированием булавки и выравнивание костей сегментов конечностей.
  3. Поддерживать внешних фиксаторов для 47 дней. Рентген конечности каждую неделю для проверки хода выполнения отвлекаться разрыв кальцификации. На день 64 удалите внешних фиксаторов и пусть животных ходить свободно для еще 2 дней (день 66). Общая консолидация период длится 7 недель.
  4. Усыпить всех крыс после 7 недель консолидации с передозировкой ингаляции севофлурана.
  5. Иссечения отвлекаться и контралатерального бедра без окружающих тканей.
    1. Сделать разрез на шрам расположен на средней линии после сагиттальной плоскости с помощью скальпеля. Выполните разрез от верхней части бедра к передней части колена.
    2. Вырезать между двуглавой мышцы бедра и мышц бедра с помощью скальпеля до тех пор, пока полностью разоблачил бедренной кости. Насколько это возможно, отключите мышц, придает кости.
    3. Вырезать всех связок колена и демонтировать артикуляции.
    4. Вырезать суставной капсулы сустава.
    5. Тщательно очистить кости без удаления половины Резьбовые штифты. Удаление всех мягких тканей с помощью скальпеля.
  6. Повторите шаги от 3.5.1 к 3.5.5 для контралатеральной бедренной.
  7. Рентген отвлекаться и контралатерального бедра. Удалите 4 половину Резьбовые штифты и хранить все бедра при-20 ° C для анализа микро-КТ (разрешение 10 μm).

Результаты

Рентгеновские снимки взяты из конца хирургической процедуры с целью консолидации показали, не отпускать половина резьбовой булавки в бедренной кости, указывающее стабильного крепления. Контакты были параллельно и хорошо сохранившийся. Osteotomized конечности были хорошо...

Обсуждение

Это исследование описывает воспроизводимый протокол, состоящий из соответствующих внешних фиксаторов дизайн для крыс Удлинение конечностей, с подробной хирургическая техника, которая позволяет физиологических несущие животных после удаления внешних фиксаторов. Наши ду протокол пр?...

Раскрытие информации

Авторы не имеют ничего сообщать.

Благодарности

Эта работа была поддерживается и финансируется CNRS Mecabio вызов.

Авторы благодарят техник животных ухода за заботу о животных на протяжении всей процедуры. Авторы также признают IVTV Лиона, через Thierry Hoc. Благодаря Марджори Sweetko для изменения языка.

Мы благодарны Marylène Lallemand, Сесиль Génovésio и Патрик Laurent за их вклад в это экспериментальное исследование.

Материалы

NameCompanyCatalog NumberComments
KétamineRenaudin578 540-2Supply by animal house
MédétomidineVirbac6799091Supply by animal house
SevofluraneCentravet567 477-2Supply by animal house
BuprenorphineIndivor France3400932731060Supply by animal house
EnrofloxacineChannelPharmaceutical FacturingFR/V/4955220Supply by animal house
PiezotomeSatelec ActeonF57510
Heating pet padTherasageAL8365936Supply by the animal house
Dental X-rayS.A.R.L Innovation médicales et dentairesWYZ - BLUEX
Winiwix SoftwareSoftys DentalPFT
Micro-CT systemnanoScan SPECT/CTGEIT-31105EN (05/14)Subcontract by IVTV central Lyon
Micro-CT analysis Softwarephoenix datos X2 reconstructionnoneFree software
Electric razorBrawnGT415Supply by animal house
Senn’s retractorsWord Precision Instruments501718Blunt version
Betadine SolutionMundipharma Medical CompanyD08AG02Supply by animal house
Resorbable suture thread (5.0)EthiconJV1023Supply by animal house
RugineWord Precision Instruments503406
Mayo-Hegar needle holderWord Precision InstrumentsV503382
Metal drillBeuterlockV020944018003
Micro Olsen-Hegar Needle-holderWord Precision Instruments501989
Mayo scissorWord Precision Instruments501752
ScalpelWord Precision Instruments500236
Sprague-DawleyJanviernone12 weaks and male

Ссылки

  1. Jauregui, J. J., Ventimiglia, A. V., Grieco, P. W., Frumberg, D. B., Herznberg, J. E. Regenerate Bone stimulation following limb lengthening: a meta-analysis. BMC Musculoskelet Disord. 17 (1), 407 (2016).
  2. Morcos, M. W., Al-Jallad, H., Hamdy, R. Comprehensive review of Adipose Stem Cells and Their Implication in Distraction Osteogenesis and Bone Regeneration. Biomed Res Int. 2015 (842975), 1-20 (2015).
  3. Cansü, E., Ünal, M. B., Parmaksizoglu, F., Gürcan, S. Distraction lengthening of the proximal phalanx in distal thumb amputations. Acta Orthop Traumatol Turc. 49 (3), 227-232 (2014).
  4. Singh, M., Vashistha, A., Chaudhary, M., Kaur, G. Biological Basis of Distraction Osteogenesis - A Review. J Oral Maxillofac Surg Med Pathol. 28 (1), 1-7 (2016).
  5. Sailhan, F., Gleyzolle, B., Parot, R., Guerini, H., Viguier, E. Rh-BMP-2 in Distraction Osteogenesis: Dose Effect and Premature Consolidation. Injury. 41 (7), 680-686 (2010).
  6. Schiller, J. R., Moore, D. C., Ehrlich, M. G. Increased Lengthening Rate Decreases Expression of Fibroblast Growth Factor 2, Platelet-Derived Growth Factor, Vascular Endothelial Growth Factor, and CD31 in a Rat Model of Distraction Osteogenesis. J Pediatr Orthop. 27 (8), 961-968 (2007).
  7. Aronson, J., Shen, X. C., Skinner, R. A., Hogue, W. R., Badger, T. M., Lumpkin, C. K. Rat Model of Distraction Osteogenesis. J Orthop Res. 15 (2), 221-226 (1997).
  8. Aida, T., Yoshioka, I., Tominaga, K., Fukuda, J. Effects of latency period in a rabbit mandibular distraction osteogenesis. Int J Oral Maxillofac Surg. 32, 54-62 (2003).
  9. Lammens, J., Liu, Z., Aerssend, J., Dequeker, J., Fabry, G. distraction Bone Healing Versus Osteotomy Healing: A Comparative Biochemical Analysis. J Bone Miner Res. 13 (2), 279-286 (1998).
  10. Isefuku, S., Joyner, C. J., Simpson, A. H. R. W. A Murine Model of Distraction Osteogenesis. Bone. 27 (5), 661-665 (2000).
  11. Eberson, C. P., Hogan, K. A., Moore, D. C., Ehrlich, M. G. Effect of Low-Intensity Ultrasound Stimulation on Consolidation of the Regenerate Zone in a Rat Model of Distraction Osteogenesis. J Pediatr Orthop. 23 (1), 46-51 (2003).
  12. Özdel, A., Sarisözen, B., Yalçinkaya, U., Demirag, B. The Effect of HIF Stabilizer on Distraction Osteogenesis. Acta Orthop Traumatol Turc. 49 (1), 80-84 (2015).
  13. Takamine, Y., et al. Distraction Osteogenesis Enhanced by Osteoblastlike Cells and Collagen Gel. Clin Orthop Relat Res. 399, 240-246 (2002).
  14. Wang, X., Zhu, S., Jiang, X., Li, Y., Song, D., Hu, J. Systemic Administration of Lithium Improves Distracted Bone Regeneration in Rats. Calcif Tissue Int. 96 (6), 534-540 (2015).
  15. Xu, J., et al. Human Fetal Mesenchymal Stem Cell Secretome Enhances Bone Consolidation in Distraction Osteogenesis. Stem Cell Res Ther. 7 (1), (2016).
  16. Yasui, N., et al. Three Modes of Ossification during Distraction Osteogenesis in the Rat. Bone Joint J. 79 (5), 824-830 (1997).
  17. Chang, F., et al. Stimulation of EP4 Receptor Enhanced Bone Consolidation during Distraction Osteogenesis. J Orthop Res. 25 (2), 221-229 (2007).
  18. Nyman, J. S., et al. Quantitative Measures of Femoral Fracture Repair in Rats Derived by Micro-Computed Tomography. J Biomech. 42 (7), 891-897 (2009).
  19. Hsu, J. T., Wang, S. P., Huang, H. L., Chen, Y. J., Wu, J., Tsai, M. T. The assessment of trabecular bone parameters and cortical bone strength: a comparison of micro-CT and dental cone-beam CT. J Biomech. 46, 2611-2618 (2013).
  20. Xue, J., et al. NELL1 Promotes High-Quality Bone Regeneration in Rat Femoral Distraction Osteogenesis Model. Bone. 48 (3), 485-495 (2011).
  21. Mark, H., Bergholm, J., Nilsson, A., Rydevik, B., Strömberg, L. An External Fixation Method and Device to Study Fracture Healing in Rats. Acta Orthop. 74 (4), 476-482 (2003).

Перепечатки и разрешения

Запросить разрешение на использование текста или рисунков этого JoVE статьи

Запросить разрешение

Смотреть дополнительные статьи

128CT

This article has been published

Video Coming Soon

JoVE Logo

Конфиденциальность

Условия эксплуатации

Политика

СВЯЖИТЕСЬ С НАМИ

РЕКОМЕНДОВАТЬ БИБЛИОТЕКЕ

НОВОСТИ JoVE

Исследования

Образование

АВТОРЫ

Библиотекарь

О JoVE

Авторские права © 2025 MyJoVE Corporation. Все права защищены