Creazione di un modello di difetto della cavità scatolare nell'osso corticale del femore di ratto

Summary

Qui, presentiamo un protocollo per la creazione di un difetto di cavità scatolare nel tessuto della diafisi femorale di ratto. Questo modello è in grado di valutare le prestazioni dei biomateriali in condizioni di stress biomeccanico ed esplorare i meccanismi di rigenerazione ossea correlati all'osteogenesi intramembranosa.

Abstract

Gravi difetti ossei o fratture complesse possono causare gravi complicazioni come la mancata unione o una guarigione ossea insufficiente. L'ingegneria tissutale, che prevede l'applicazione di cellule, scaffold e citochine, è considerata una soluzione promettente per la rigenerazione ossea. Di conseguenza, vari modelli animali che simulano i difetti ossei svolgono un ruolo cruciale nell'esplorazione del potenziale terapeutico dell'ingegneria tissutale per la guarigione ossea. In questo studio, abbiamo stabilito un modello di difetto osseo corticale a forma di scatola nel femore medio dei ratti, che potrebbe servire come modello ideale per valutare la funzione dei biomateriali nel promuovere la guarigione ossea. Questo difetto osseo corticale a forma di scatola è stato perforato utilizzando un manipolo orale a bassa velocità e modellato da un ago da tornio. L'analisi micro-TC post-operatoria è stata immediatamente condotta per confermare il successo dell'instaurazione del difetto osseo corticale della cavità scatolare. I femori sul lato operato dei ratti sono stati quindi raccolti in più punti temporali dopo l'intervento chirurgico (0 giorni, 2 settimane, 4 settimane e 6 settimane). Il processo di guarigione dell'area difettosa di ciascun campione è stato valutato utilizzando la micro-CT, la colorazione con ematossilina ed eosina (H&E) e la colorazione tricromica di Masson. Questi risultati hanno dimostrato un modello di guarigione coerente con l'ossificazione intramembranosa, con una guarigione sostanzialmente completa entro 6 settimane. La categorizzazione del processo di guarigione di questo modello animale fornisce un metodo efficace in vivo per lo studio di nuovi biomateriali e farmaci che mirano all'ossificazione intramembranosa durante la guarigione dei difetti del tessuto osseo.

Introduction

L'osso fratturato e difettoso spesso deriva da traumi, tumori, infiammazioni e malformazioni congenite ^1,2. Sebbene il tessuto osseo nei giovani individui sani possieda tipicamente robuste capacità rigenerative³, difetti che superano una dimensione critica o impedimenti di guarigione dovuti a malattie sistemiche (ad esempio, diabete, osteoporosi e infezioni) possono ancora portare a complicanze come discontinuità ossea o alterata guarigione⁴. Per affrontare questa sfida clinica, l'innesto osseo o i biomateriali sono comunemente usati per sostituire l'osso graveme....

Protocol

Tutte le procedure sugli animali in questo studio sono state esaminate e approvate dal Comitato etico della West China School of Stomatology, Sichuan University (WCHSIRB-D-2021-597). Per il presente studio sono stati utilizzati ratti Sprague-Dawley (maschio, peso corporeo 300 g).

1. Preparazione prechirurgica

1. Preparazione dello strumento
   1. Fare riferimento alla Figura 1A per gli strumenti chirurgici utilizzati in questo studio: rasoio elettrico, for.......

Discussion

I modelli animali preclinici sono fondamentali per esaminare la guarigione ossea e l'influenza dei biomateriali sulla rigenerazione ossea. Questo protocollo illustra un modello di difetto della cavità scatolare femorale che replica il processo di formazione dell'osso intramembranoso associato alla rigenerazione ossea clinica. L'area del difetto è stata standardizzata intraoperatoriamente utilizzando una sonda orale premarcata. I risultati della micro-TC e della colorazione istopatologica hanno mostrato una guarigione p.......

Materials

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