Bu çalışma, Çin Ulusal Doğa Bilimleri Vakfı 82101000 (HW), U21A20368 (LY) ve 82100982 (FL) tarafından finanse edildi ve Sichuan Bilim ve Teknoloji Programı 2023NSFSC1499 (HW) tarafından desteklendi.

Bu çalışmadaki tüm hayvan prosedürleri, Sichuan Üniversitesi Batı Çin Stomatoloji Okulu Etik Komitesi tarafından gözden geçirildi ve onaylandı (WCHSIRB-D-2021-597). Bu çalışma için Sprague-Dawley cinsi sıçanlar (erkek, vücut ağırlığı 300 g) kullanıldı.
1. Ameliyat öncesi hazırlık
<ol><li>Enstrüman hazırlığı<ol><li>Bu çalışmada kullanılan cerrahi aletler için Şekil 1A'ya bakın: elektrikli tıraş makinesi, doku makası, oftalmik makas, oftalmik forseps, tek kullanımlık neşter, periosteal ayırıcı, oral düşük hızlı el aleti, oral prob, tek kullanımlık irrigasyon vaku, iğne tutucu, 3.0 sütür.</li>
		<li>Oral bir prob hazırlayın ve probun büyük kavisli ucunu kusurun çapına göre bir işaretleyici kalemle işaretleyin (Şekil 1B). Ameliyat sırasında kusurun boyutunu belirlemek için bunu kullanın.</li>
		<li>Kullanmadan önce prosedürü gerçekleştirmek için kullanılan tüm cerrahi malzemeleri ve aletleri sterilize edin. İstenilen malzemeleri katlanmış bir bez veya ambalaj kağıdına koyun ve buhar sterilizasyonu için otoklav bandı ile kapatın (20-25 dakika boyunca 125-135 ° C).</li>
		<li>Cerrahi alan hazırlığı: Ameliyat masasını ve masanın etrafındaki ortamı %75 alkol püskürterek dezenfekte edin. Ameliyat masasında otoklavlanmış örtüler ile yaklaşık 60 cm x 90 cm steril bir alan oluşturun.</li>
	</ol></li>
	<li>Anestezi hazırlığı<ol><li>Sıçanları intraperitoneal olarak %10 ketamin hidroklorür (50-100 mg/kg) ve %2 ksilazin 2 mg/kg) ile anestezikleştirin. Preoperatif ve intraoperatif analjezi için deri altı carprofen (5 mg / kg) enjeksiyonu kullanın. Anestezi derinliğini ayak parmağı sıkışma testi ile inceleyin. Anesteziden sonra, kuru gözleri ve kornea yaralanmasını önlemek için gözlere steril göz merhemi sürün.</li>
	</ol></li>
</ol>2. Cerrahi prosedür
<ol><li>Fareyi steril cerrahi masaya yanal yaslanma pozisyonuna getirin ve alt ekstremite tüylerini elektrikli bir tıraş makinesi ile alın.</li>
	<li>Cerrahi bölgedeki cilt dokusunu dezenfekte etmek için %5 iyodofor solüsyonu ve %75 alkol kullanın.</li>
	<li>Proksimal ve distal uyluk kemiğini bulun ve sıçanın cilt dokusunu kesmek için uyluk kemiğinin uzun ekseni boyunca 2,5 cm'lik bir kesi yapın.<ol><li>Oftalmik forseps ve doku makası ile cilt tabakasını fasyadan ayırın ve pazı femoris ve lateral femoral kaslar yoluyla femura lateral yaklaşımı ortaya çıkarın.</li>
		<li>İki kas septasının (beyaz doku çizgisi) kesişimini bulun ve femur yüzeyine ulaşılana kadar kas sınırı boyunca tek kullanımlık bir cerrahi bıçakla dikkatlice ayırın. NOT: Kası ayırmak için tek kullanımlık bir bıçak kullanırken, kas septumu boyunca ayırmak ve yumuşak doku içinde vasküler yaralanmaya neden olmamak için dikkatli olmak önemlidir. Yeni başlayanlar ve anatomiye aşina olmayanlar, iki kas kütlesi arasındaki künt diseksiyonda oftalmik forseps ve periosteal ayırıcılar kullanmalıdır.</li>
	</ol></li>
	<li>Femoral yüzey kaslarını künt bir şekilde ayırmak ve femoral diyafizin ortasını ortaya çıkarmak için bir periosteal ayırıcı uygulayın.</li>
	<li>Femur başının lateral 1/3 eğik tepesinin üst kısmında bulunan femur diyafizinin orta yüzeyindeki kusur bölgesinin alanını işaretlemek için steril bir işaretleyici kalem kullanın.</li>
	<li>İşaretli bölgede kemik yüzeyine dik küçük bir delik açmak için 1,2 mm çapında yavaş hareket eden bilyalı matkapla oral düşük hızlı el aletini kullanın, periost ve kemik korteksini kemik iliği boşluğuna ulaşacak kadar derin bir derinlikle yok edin. Bu delme derinliği seviyesinde, bu derinliğe paralel olarak deliğin boyutunu her yöne genişletin ve bir kutu boşluğu şekli elde etmek için düzeltin.</li>
	<li>Hazırlık sırasında ve sonrasında defekt çapını ve morfolojisini belirlemek için defektin kenarına paralel etiketli bir oral prob kullanın.</li>
	<li>Kas ve cilt tabakalarını sırasıyla 3-0 monofilament emilebilir dikişlerle kapatın ve cerrahi bölgeyi içten dışa %5 iyodofor ile dezenfekte edin.</li>
</ol>3. Ameliyat sonrası bakım
<ol><li>Ameliyattan sonra, carprofen'i (5 mg / kg) deri altından uygulayın ve fareyi anesteziden iyileşene kadar sabit sıcaklıkta bir ısıtma yastığına koyun. Sıçan bilincini geri kazandığında, yavaşça kuru, otoklavlanmış yatak takımları içeren bir kafese taşıyın.</li>
	<li>Ameliyattan sonra 24 saat analjeziye ve 1 hafta boyunca ameliyat sonrası izlemeye devam edin.</li>
</ol>4. Numune toplama ve analiz
<ol><li>Ameliyattan sonra intraperitoneal olarak pentobarbital sodyum 100-200 mg / kg enjekte ederek sıçanı insan olarak ötenazi yapın. Femurun yüzeyindeki kas ve fasyal dokuyu dikkatlice ayırın ve ameliyat edilen taraftaki uyluk kemiğini tamamen çıkarın. Ameliyat sonrası 0 gün (Şekil 2A, B), 2 hafta, 4 hafta ve 6 hafta sonra örnekleri toplayın.</li>
	<li>Femoral örnekleri 24 saat boyunca% 4 paraformaldehit içinde sabitleyin. Mikro bilgisayarlı tomografi kullanarak femora'nın yapısını analiz edin. Tarama parametrelerini aşağıdaki gibi ayarlayın: X-ışını tüpü potansiyeli, 70 kVp; filtre, AL 0,5 mm; X-ışını yoğunluğu, 0.2 mA; voksel boyutu, 17 μm; ve entegrasyon süresi, 1 × 300 ms. Bitmap verilerini kullanarak 3B model görüntülerini yeniden oluşturun.</li>
	<li>Femoral örnekleri kademeli bir dizi etanol seyreltmesinde dehidre etmeden önce örnekleri 8 hafta boyunca% 10 EDTA'da kireçten arındırın. Ardından, numuneleri parafin mumu15'e gömün.<ol><li>Gömülü numuneleri sagital düzlemden 5 μm parafin kesitlerine kesin.</li>
		<li>Hem hematoksilen hem de eozin (H & E) boyama kiti ve bir Masson boyama kiti ile bölümleri boyayın. Histopatoloji ile defekt alanının iyileşmesini gözlemleyin.</li>
	</ol></li>
</ol>

Sıçan Femoral Kutusunun Kurulması ve Değerlendirilmesi: Kavite Defekti Modeli

<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>

Tüm orijinal veriler ve görüntüler bu belgeye dahil edilmiştir. Yazarlar çıkar çatışması olmadığını beyan eder

Klinik öncesi hayvan modelleri, kemik iyileşmesini ve biyomalzemelerin kemik rejenerasyonu üzerindeki etkisini incelemek için hayati öneme sahiptir. Bu protokol, klinik kemik rejenerasyonu ile ilişkili intramembranöz kemik oluşum sürecini kopyalayan bir femur kutu boşluğu defekt modelini göstermektedir. Defekt alanı, önceden işaretlenmiş bir oral prob kullanılarak intraoperatif olarak standardize edildi. Mikro-BT ve histopatolojik boyama sonuçları, kalınlaşmış periost ve yeni trabeküler kemik olu?...

Kırık ve kusurlu kemik sıklıkla travma, tümörler, iltihaplanma ve konjenital malformasyonlardan kaynaklanır 1,2. Genç sağlıklı bireylerde kemik dokusu tipik olarak güçlü rejeneratif yetenekleresahip olsa da 3, kritik bir boyutu aşan kusurlar veya sistemik hastalıklara (örneğin diyabet, osteoporoz ve enfeksiyonlar) bağlı iyileşme engelleri yine de kemik süreksizliği veya iyileşme bozukluğu gibi komplikasyonlara yol açabilir4. Bu klinik zorluğun üstesinden gelmek için, kemik grefti veya biyomateryaller, ciddi şekilde kusurlu kemiği değiştirmek veya büyük kemik segmentlerini yeniden yapılandırmak için yaygın olarak kullanılır. Bununla birlikte, bu tedavilerin sınırlamaları vardır. Örneğin, altın standart olarak kabul edilmesine rağmen, otolog kemik grefti, sınırlı donör tedariki ve potansiyel donör bölgesi komplikasyonlarından muzdariptir 5,6. Allogreftler ayrıca bağışıklık aracılı redd, hastalıkların potansiyel iletimi ve greftinbiyomekanik ve biyolojik özellikleri üzerindeki olumsuz etkiler gibi belirli riskler de sunar 7.
Son yıllarda, kemik defekti iyileşme mekanizmalarına odaklanan araştırmalarda bir artışa tanık olunmuştur. Alternatif biyomalzemelerin kullanımı ve doku mühendisliğindeki gelişmeler, kemikrejenerasyonu alanında öne çıkan konular olarak ortaya çıkmıştır8. Bu biyomateryaller insan tedavisine uygulanmadan önce, etkinliklerini ve güvenliklerini sağlamak için in vitro ve in vivo olarak test edilmelidirler. Bununla birlikte, in vitro ortamların karmaşıklığının azalması ve immün ve inflamatuar yanıtların olmaması, çeşitli biyomateryallerin in vitro olarak değerlendirilmesini sınırlamaktadır. Sonuç olarak, çeşitli kemik dokusu defektleri için hayvan modellerinin oluşturulmasına ihtiyaç duyulmaktadır9. Hayvan modelleri, biyomalzemelerin farklı yükleme koşulları altında değerlendirilmesine izin verir, türe özgü kemik özelliklerinin anlaşılmasını kolaylaştırır ve hayvan modelleri ile insan klinik durumları arasındaki benzerlik hakkında fikir verir. Bu avantajlar, kemik-iskele etkileşimlerini incelemek ve araştırma bulgularını klinik uygulamaya dönüştürmek için gereklidir 9,10.
Şu anda, mekanik kemik defekti hayvan modelleri, kranial kemik defekti modelleri ve segmental kemik defekti modelleri en yaygın olarak uygulanan yöntemler olmak üzere, biyomalzemelerin performansını doğrulamak için yaygın olarak kullanılmaktadır11. Sıklıkla kemik kaynamaması ile sonlanan şiddetli uzun kemik veya tibia travmasını taklit etmek için kullanılan segmental kemik defekti modelleri, tek tip boyutları ve tanımlanmış anatomik pozisyonları, yeni kemik oluşumu ve revaskülarizasyonun radyolojik veya histolojik değerlendirmelerini basitleştirmeleri nedeniyle avantajlıdır. Bununla birlikte, bu modeller bilateral kırık segmentlerini stabilize etmek için metal implantlar gerektirir ve hem endokondral hem de intramembranöz ossifikasyonu içeren karmaşık bir iyileşme süreci gerektirir12. Öte yandan, kalvarial kemik defekti modelleri, standardize defekt çapları, uygun cerrahi erişimleri ve dura mater ve yumuşak dokuyu destekleyici işlevleri nedeniyle biyomateryallerin değerlendirilmesinde birincil tarama aracı haline gelmiştir13. Klinik olarak ilgili senaryolarda intramembranöz kemik oluşumunu modellemek için yaygın olarak kullanılmalarına rağmen, iyileşme sürecinde yük taşımayan yapıları nedeniyle biyomekanik yükleme koşulları altında kemik iyileşmesini değerlendirmek için uygun değildirler14.
Bu sınırlamaları ele almak için, sıçanların femoral diyafiz dokusunda bir kutu boşluklu kortikal kemik defekti modeli oluşturduk. Mikro bilgisayarlı tomografi (BT), üç boyutlu (3D) rekonstrüksiyon ve histopatolojik boyama (Hematoksilen ve eozin [HE] ve Masson) kullanarak, bu modelin hemostaz koşulları altında iyileşme sürecini analiz ettik. Biyomekanik yükleme koşulları altında biyomalzeme performansını değerlendirmek ve intramembranöz ossifikasyona karşı kemik rejenerasyonunun biyomühendislik ve mekanizmasını incelemek için yeni bilgiler sunmayı amaçlıyoruz.

<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

Ciddi kemik kusurları veya karmaşık kırıklar, kaynamama veya yetersiz kemik iyileşmesi gibi ciddi komplikasyonlara neden olabilir. Hücrelerin, yapı iskelelerinin ve sitokinlerin uygulanmasını içeren doku mühendisliği, kemik rejenerasyonu için umut verici bir çözüm olarak kabul edilir. Sonuç olarak, kemik kusurlarını simüle eden çeşitli hayvan modelleri, kemik iyileşmesi için doku mühendisliğinin terapötik potansiyelini keşfetmede çok önemli bir rol oynamaktadır. Bu çalışmada, sıçanların orta uyluk kemiğinde, kemik iyileşmesini teşvik etmede biyomalzemelerin işlevini değerlendirmek için ideal bir model olarak hizmet edebilecek kutu şeklinde bir kortikal kemik defekti modeli oluşturduk. Bu kutu şeklindeki kortikal kemik defekti, oral düşük hızlı bir el aleti kullanılarak delindi ve bir torna iğnesi ile şekillendirildi. Kutu boşluklu kortikal kemik defektinin başarılı bir şekilde kurulduğunu doğrulamak için ameliyat sonrası mikro-BT analizi hemen yapıldı. Sıçanların ameliyat edilen tarafındaki femurlar daha sonra ameliyattan sonra birden fazla zaman noktasında (0 gün, 2 hafta, 4 hafta ve 6 hafta) toplandı. Her örneğin defekt alanının iyileşme süreci mikro-BT, hematoksilen ve eozin (H&E) boyaması ve Masson trikrom boyaması kullanılarak değerlendirildi. Bu sonuçlar, intramembranöz ossifikasyon ile tutarlı bir iyileşme paterni gösterdi ve iyileşme esasen 6 hafta boyunca tamamlandı. Bu hayvan modelinin iyileşme sürecinin sınıflandırılması, kemik dokusu defektinin iyileşmesi sırasında intramembranöz ossifikasyonu hedefleyen yeni biyomateryallerin ve ilaçların araştırılması için etkili bir in vivo yöntem sağlar.

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.

Yazar Spotlight: Biyomalzemelerin ve Kemik Rejenerasyonunun Gelişmiş Değerlendirilmesi için Kutu Boşluklu Kortikal Yaklaşım

Sıçan Femora'nın Kortikal Kemiğinde Bir Kutu Boşluğu Defekti Modeli Oluşturma

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.

Bu protokolde, delme işlemi ile 4,5 mm x 1,5 mm boyutlarında bir sıçan femur kutu boşluğu defekt modelini başarıyla kuruyoruz. İyileşme sürecini analiz etmek için, sıçanlarda femoral travmanın iyileşme sürecinde endokondral ossifikasyon, intramembranöz ossifikasyon ve kemik yeniden şekillenmesinin kilit zaman noktaları olan ameliyattan 0 gün, 2 hafta, 4 hafta ve 6 hafta sonra ameliyat edilen taraftaki femur dokusunu topladık2. Ameliyat sonras?...

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

Burada, sıçan femoral diyafiz dokusunda kutu boşluğu defekti oluşturmak için bir protokol sunuyoruz. Bu model, biyomekanik stres altında biyomalzeme performansını değerlendirebilir ve intramembranöz osteogenez ile ilgili kemik rejenerasyon mekanizmalarını keşfedebilir.

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

Kemik iyileşmesi için doku mühendisliğinin terapötik potansiyelini araştırmak için kemik kusurlu çeşitli hayvan modelleri uygulanmaktadır. Bununla birlikte, çoğu, biyomekanik yükleme koşulları altında standart defektler oluşturamaz, bu da biyo materyallerin kemik iyileştirici etkisinin değerlendirilmesinde önemlidir. Geleneksel kemik defekti modelleriyle karşılaştırıldığında, son kutu boşluklu kortikal kemik defekti modeli önemli ilerlemeler sunmaktadır.Kemik iyileşmesinin daha doğru bir şekilde ölçülmesi için sadece standartlaştırılmış bir kemik defekti boyutu sağlamakla kalmaz, aynı zamanda ek fiksasyona ihtiyaç duymadan biyomekanik yükleme koşulları altında biyo malzemelerin değerlendirilmesine de olanak tanır. Protokolümüz, kemik rejenerasyon modellerinin in vivo çalışmasında intramembranöz kemik oluşumunu araştırmak için kapsamlı ve genelleştirilebilir bir yaklaşım sunmaktadır. Bu özellikle kemik dokusu mühendisliği alanı için faydalıdır.

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

500 Görüntüleme.  West China Hospital of Stomatology, Sichuan University. Kemik iyileşmesi için doku mühendisliğinin terapötik potansiyelini araştırmak için kemik kusurlu çeşitli hayvan modelleri uygulanmaktadır. Bununla birlikte, çoğu, biyomekanik yükleme koşulları altında standart defektler oluşturamaz, bu da biyo materyallerin kemik iyileştirici etkisinin değerlendirilmesinde önemlidir. Geleneksel kemik defekti modelleriyle karşılaştırıldığında, son kutu boşluklu kortikal kemik defekti modeli önemli ilerlemeler sunmaktadır....