Name: an efficient and reproducible protocol for distraction osteogenesis in a rat model leading to a functional regenerated femur
Uploaded: 2017-10-23T15:00:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about An Efficient and Reproducible Protocol for Distraction Osteogenesis in a Rat Model Leading to a Functional Regenerated Femur at JoVE.com

Ce travail a été soutenu et financé par le CNRS Mecabio défi.
Les auteurs remercient le technicien animalier pour prendre soin des animaux tout au long de la procédure. Les auteurs remercient également IVTV Centre de Lyon, par l’intermédiaire de Thierry Hoc. Merci à Marjorie Sweetko pour la révision de la langue.
Nous sommes reconnaissants à Marylène Lallemand, Cécile Génovésio et Patrick Laurent pour leur contribution à cette étude expérimentale.

toutes les procédures décrites ont été approuvées par l’Université d’Aix-Marseille animaux soins et utilisation Commission institutionnelle et le ministère de la recherche Français et réalisées dans l’animalerie conventionnelle de faculté de médecine de Marseille ( France).
 1. définir les spécifications fonctionnelles de la fixateur externe basé sur les lignes directrices suivantes <ol><li>ancrage osseux Optimize.
	<ol><li>Implant moitié-threaded épi...

<ol>
	<li>Jauregui, J. J., Ventimiglia, A. V., Grieco, P. W., Frumberg, D. B., Herznberg, J. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Regenerate+Bone+stimulation+following+limb+lengthening:+a+meta-analysis.">Regenerate Bone stimulation following limb lengthening: a meta-analysis.</a> BMC Musculoskelet Disord. 17 (1), 407 (2016).</li><li>Morcos, M. W., Al-Jallad, H., Hamdy, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Comprehensive+review+of+Adipose+Stem+Cells+and+Their+Implication+in+Distraction+Osteogenesis+and+Bone+Regeneration.">Comprehensive review of Adipose Stem Cells and Their Implication in Distraction Osteogenesis and Bone Regeneration.</a> Biomed Res Int. 2015 (842975), 1-20 (2015).</li><li>Cans&#252;, E., &#220;nal, M. B., Parmaksizoglu, F., G&#252;rcan, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Distraction+lengthening+of+the+proximal+phalanx+in+distal+thumb+amputations.">Distraction lengthening of the proximal phalanx in distal thumb amputations.</a> Acta Orthop Traumatol Turc. 49 (3), 227-232 (2014).</li><li>Singh, M., Vashistha, A., Chaudhary, M., Kaur, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Biological+Basis+of+Distraction+Osteogenesis+-+A+Review.">Biological Basis of Distraction Osteogenesis - A Review.</a> J Oral Maxillofac Surg Med Pathol. 28 (1), 1-7 (2016).</li><li>Sailhan, F., Gleyzolle, B., Parot, R., Guerini, H., Viguier, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Rh-BMP-2+in+Distraction+Osteogenesis:+Dose+Effect+and+Premature+Consolidation.">Rh-BMP-2 in Distraction Osteogenesis: Dose Effect and Premature Consolidation.</a> Injury. 41 (7), 680-686 (2010).</li><li>Schiller, J. R., Moore, D. C., Ehrlich, M. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=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.">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.</a> J Pediatr Orthop. 27 (8), 961-968 (2007).</li><li>Aronson, J., Shen, X. C., Skinner, R. A., Hogue, W. R., Badger, T. M., Lumpkin, C. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Rat+Model+of+Distraction+Osteogenesis.">Rat Model of Distraction Osteogenesis.</a> J Orthop Res. 15 (2), 221-226 (1997).</li><li>Aida, T., Yoshioka, I., Tominaga, K., Fukuda, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Effects+of+latency+period+in+a+rabbit+mandibular+distraction+osteogenesis.">Effects of latency period in a rabbit mandibular distraction osteogenesis.</a> Int J Oral Maxillofac Surg. 32, 54-62 (2003).</li><li>Lammens, J., Liu, Z., Aerssend, J., Dequeker, J., Fabry, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=distraction+Bone+Healing+Versus+Osteotomy+Healing:+A+Comparative+Biochemical+Analysis.">distraction Bone Healing Versus Osteotomy Healing: A Comparative Biochemical Analysis.</a> J Bone Miner Res. 13 (2), 279-286 (1998).</li><li>Isefuku, S., Joyner, C. J., Simpson, A. H. R. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+Murine+Model+of+Distraction+Osteogenesis.">A Murine Model of Distraction Osteogenesis.</a> Bone. 27 (5), 661-665 (2000).</li><li>Eberson, C. P., Hogan, K. A., Moore, D. C., Ehrlich, M. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Effect+of+Low-Intensity+Ultrasound+Stimulation+on+Consolidation+of+the+Regenerate+Zone+in+a+Rat+Model+of+Distraction+Osteogenesis.">Effect of Low-Intensity Ultrasound Stimulation on Consolidation of the Regenerate Zone in a Rat Model of Distraction Osteogenesis.</a> J Pediatr Orthop. 23 (1), 46-51 (2003).</li><li>&#214;zdel, A., Saris&#246;zen, B., Yal&#231;inkaya, U., Demirag, B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+Effect+of+HIF+Stabilizer+on+Distraction+Osteogenesis.">The Effect of HIF Stabilizer on Distraction Osteogenesis.</a> Acta Orthop Traumatol Turc. 49 (1), 80-84 (2015).</li><li>Takamine, 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=Distraction+Osteogenesis+Enhanced+by+Osteoblastlike+Cells+and+Collagen+Gel.">Distraction Osteogenesis Enhanced by Osteoblastlike Cells and Collagen Gel.</a> Clin Orthop Relat Res. 399, 240-246 (2002).</li><li>Wang, X., Zhu, S., Jiang, X., Li, Y., Song, D., Hu, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Systemic+Administration+of+Lithium+Improves+Distracted+Bone+Regeneration+in+Rats.">Systemic Administration of Lithium Improves Distracted Bone Regeneration in Rats.</a> Calcif Tissue Int. 96 (6), 534-540 (2015).</li><li>Xu, J., 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=Human+Fetal+Mesenchymal+Stem+Cell+Secretome+Enhances+Bone+Consolidation+in+Distraction+Osteogenesis.">Human Fetal Mesenchymal Stem Cell Secretome Enhances Bone Consolidation in Distraction Osteogenesis.</a> Stem Cell Res Ther. 7 (1), (2016).</li><li>Yasui, N., 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=Three+Modes+of+Ossification+during+Distraction+Osteogenesis+in+the+Rat.">Three Modes of Ossification during Distraction Osteogenesis in the Rat.</a> Bone Joint J. 79 (5), 824-830 (1997).</li><li>Chang, F., 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=Stimulation+of+EP4+Receptor+Enhanced+Bone+Consolidation+during+Distraction+Osteogenesis.">Stimulation of EP4 Receptor Enhanced Bone Consolidation during Distraction Osteogenesis.</a> J Orthop Res. 25 (2), 221-229 (2007).</li><li>Nyman, J. S., 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=Quantitative+Measures+of+Femoral+Fracture+Repair+in+Rats+Derived+by+Micro-Computed+Tomography.">Quantitative Measures of Femoral Fracture Repair in Rats Derived by Micro-Computed Tomography.</a> J Biomech. 42 (7), 891-897 (2009).</li><li>Hsu, J. T., Wang, S. P., Huang, H. L., Chen, Y. J., Wu, J., Tsai, M. T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+assessment+of+trabecular+bone+parameters+and+cortical+bone+strength:+a+comparison+of+micro-CT+and+dental+cone-beam+CT.">The assessment of trabecular bone parameters and cortical bone strength: a comparison of micro-CT and dental cone-beam CT.</a> J Biomech. 46, 2611-2618 (2013).</li><li>Xue, J., 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=NELL1+Promotes+High-Quality+Bone+Regeneration+in+Rat+Femoral+Distraction+Osteogenesis+Model.">NELL1 Promotes High-Quality Bone Regeneration in Rat Femoral Distraction Osteogenesis Model.</a> Bone. 48 (3), 485-495 (2011).</li><li>Mark, H., Bergholm, J., Nilsson, A., Rydevik, B., Str&#246;mberg, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=An+External+Fixation+Method+and+Device+to+Study+Fracture+Healing+in+Rats.">An External Fixation Method and Device to Study Fracture Healing in Rats.</a> Acta Orthop. 74 (4), 476-482 (2003).</li></ol>

Cette étude décrit un protocole reproductible comprenant une conception appropriée de fixateur externe pour rat allongement de membre, avec une technique chirurgicale détaillée qui permet physiologique supportant le poids de l’animal après l’ablation du fixateur externe. Notre protocole a conduit à un OS fonctionnel régénéré. Après 47 jours de consolidation, enlèvement du fixateur externe fait maison et 2 jours de poids-roulement physiologique de l’animal n’a pas induit de toute fracture du CAL en r?...

Ostéogenèse distraction (DO) est qu'une technique chirurgicale utilisée cliniquement1,2,3,4 chez les humains pour basse1,2 et allongement de membre supérieur3 , traitement après un os non syndiqué, ou la régénération d’un défect osseux suite à une chirurgie pour excision tumeur osseuse ainsi que dans la reconstruction maxillo-faciale4. NE mène à la régénération osseuse après mise en place d’un fixateur externe dans l’os et l’ostéotomie. Les extrémités osteotomized sont déplacées de l’autre par distraction progressive2 pour atteindre l’allongement souhaité. S’ensuit une période de consolidation, au cours de laquelle il n’y a aucune élongation plus.
La procédure est divisée en trois phases distinctes : latence, distraction et consolidation. Généralement, une période de latence de 7 jours commence juste après ostéotomie4. Cela permet de commencer l’étape initiale du processus guérison4la réparation osseuse. La période de latence est suivie d’une période de distraction où les forces de traction sont appliqués aux cals régénérée et entourant les tissus mous1,2,4. Lorsque l’allongement souhaité est atteint, arrêts de la distraction et la période de codification commence. Durant cette période, le fixateur externe est maintenue jusqu'à ce que l’OS régénéré est assez fonctionnel pour appuyer son retrait.
Divers paramètres d’influencent-elles la réparation osseuse comme longueur et taux d’allongement, type de fixateur externe, fréquence de distraction, de la longueur de la période de consolidation, ou le type de stress mécanique appliqué à la Cal distrait. À titre d’exemple, le taux et la fréquence du rallongement peuvent conduire à consolidation prématurée5 ou perturbation du processus en créant des dommages non récupérable comme les tissus nécrosés ou kystes au sein du cal6,7.
Beaucoup protocoles ont été appliqués à différents modèles animaux8,9,10 pour étudier les processus de réparation osseuse et à optimiser la consolidation osseuse. Chez le rat, la plupart des études11,12,13,14,15 axée sur comment raccourcir le protocole en accélérant les cals consolidation. Certaines de ces études expérimentales utilisées des fixateurs externes déjà commercialement disponibles pour des applications cliniques humaines5,13,15,16. Toutefois, ces types de fixateur externe ne conviennent pas pour DO sur le fémur de rat, qui présente différentes caractéristiques anatomiques du fémur humain. En outre, seules quelques études démontrent clairement l’efficacité de leurs protocoles à obtenir un OS régénéré fonctionnelle7,16. Il est donc difficile de comparer les résultats de diverses études, en raison de leurs différents protocoles et le manque d’information concernant le fixateur externe12,13,14,17.
Ainsi, le but de cette étude était de décrire, dans un modèle de rat, un protocole efficace et reproductible pour DO sur le fémur qui mène à un OS fonctionnel régénéré. À cette fin, nous avons conçu un fixateur externe fait maison et facile à utiliser, surtout pour le fémur de rat, dont nous avons décrit en détail dans le présent protocole. Dans la rédaction de la fiche technique de ce dispositif, nous avons tenu compte de toutes les contraintes fondamentales pour une bonne répartition des contraintes mécaniques et d’éviter la production de contraintes résiduelles. La spécification technique inclus une géométrie appropriée pour le périphérique autorisant la force de traction pure sur les os et les tissus environnants, un poids approprié pour l’allure de l’animal, le contrôle de la longueur de l’allongement de l’os et un bon alignement des segments osseux sans production de contrainte de cisaillement à l’intersection de pins et d’os. En outre, ce dispositif devait être utilisable sans sédation de l’animal au cours de la distraction, biocompatible et stérilisable sans dommage. Après 7 semaines de consolidation, ce protocole pour DO sur le fémur de rat a conduit à un OS régénéré fonctionnel, démontré par portantes physiologique des animaux sans fracture du cal régénéré après l’ablation du fixateur externe. La démarche physiologique des animaux était conforme aux paramètres architecturaux obtenus à partir de l’analyse micro-CT de cals régénérée et analyse par rayons x.

<table>
	<tbody>
		<tr>
			<td>K&#233;tamine</td>
			<td>Renaudin</td>
			<td>578 540-2</td>
			<td>Supply by animal house</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>M&#233;d&#233;tomidine</td>
			<td>Virbac</td>
			<td>6799091</td>
			<td>Supply by animal house</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sevoflurane</td>
			<td>Centravet</td>
			<td>567 477-2</td>
			<td>Supply by animal house</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Buprenorphine</td>
			<td>Indivor France</td>
			<td>3400932731060</td>
			<td>Supply by animal house</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Enrofloxacine</td>
			<td>ChannelPharmaceutical Facturing</td>
			<td>FR/V/4955220</td>
			<td>Supply by animal house</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Piezotome</td>
			<td>Satelec Acteon</td>
			<td>F57510</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Heating pet pad</td>
			<td>Therasage</td>
			<td>AL8365936</td>
			<td>Supply by the animal house</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Dental X-ray</td>
			<td>S.A.R.L Innovation m&#233;dicales et dentaires</td>
			<td>WYZ - BLUEX</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Winiwix Software</td>
			<td>Softys Dental</td>
			<td>PFT</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Micro-CT system</td>
			<td>nanoScan SPECT/CT</td>
			<td>GEIT-31105EN (05/14)</td>
			<td>Subcontract by IVTV central Lyon</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Micro-CT analysis Software</td>
			<td>phoenix datos X2 reconstruction</td>
			<td>none</td>
			<td>Free software</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Electric razor</td>
			<td>Brawn</td>
			<td>GT415</td>
			<td>Supply by animal house</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Senn&#8217;s retractors</td>
			<td>Word Precision Instruments</td>
			<td>501718</td>
			<td>Blunt version</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Betadine Solution</td>
			<td>Mundipharma Medical Company</td>
			<td>D08AG02</td>
			<td>Supply by animal house</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Resorbable suture thread (5.0)</td>
			<td>Ethicon</td>
			<td>JV1023</td>
			<td>Supply by animal house</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Rugine</td>
			<td>Word Precision Instruments</td>
			<td>503406</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Mayo-Hegar needle holder</td>
			<td>Word Precision Instruments</td>
			<td>V503382</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Metal drill</td>
			<td>Beuterlock</td>
			<td>V020944018003</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Micro Olsen-Hegar Needle-holder</td>
			<td>Word Precision Instruments</td>
			<td>501989</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Mayo scissor</td>
			<td>Word Precision Instruments</td>
			<td>501752</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Scalpel</td>
			<td>Word Precision Instruments</td>
			<td>500236</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sprague-Dawley</td>
			<td>Janvier</td>
			<td>none</td>
			<td>12 weaks and male</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

an efficient and reproducible protocol for distraction osteogenesis in a rat model leading to a functional regenerated femur

Ce protocole décrit l’utilisation d’un fixateur externe nouvellement mis au point pour l’ostéogenèse distraction dans un modèle de rat fémorale. Ostéogenèse distraction (DO) est une technique chirurgicale permettant la régénération après une ostéotomie osseuse. Les extrémités osteotomized sont déplacées de l’autre par distraction progressive pour atteindre l’allongement souhaité. Cette procédure est largement utilisée chez l’homme pour le membre inférieur et supérieur, allongeant, traitement après un os non syndiqué, ou la régénération d’un défect osseux suite à une chirurgie pour excision tumeur osseuse, ainsi que dans la reconstruction maxillo-faciale. Seules quelques études démontrent clairement l’efficacité de leur protocole à obtenir un OS régénéré fonctionnelle, c'est-à-dire, OS qui soutiendra portantes physiologique sans fracture après l’ablation du fixateur externe. En outre, les protocoles pour varier et reproductibilité est limitée par le manque d’information, en faisant la comparaison entre les études difficiles. Le but de cette étude était d’élaborer un protocole reproductible comprenant une conception appropriée de fixateur externe pour rat allongement de membre, avec une technique chirurgicale détaillée qui permet physiologique supportant le poids de l’animal après l’ablation de l’externe fixateur.

Les radiographies prises depuis la fin de l’intervention chirurgicale à la fin de la consolidation a montré aucun relâchement des broches moitié de threads dans le fémur, indiquant d’ancrage stable. Les broches sont parallèles et bien conservé. Les extrémités osteotomized étaient bien alignées le long de l’axe longitudinal de l’os au cours du processus (Figure 2). À la fin de la période de latence, aucune des zones calcifiées n’étaien...

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An Efficient and Reproducible Protocol for Distraction Osteogenesis in a Rat Model Leading to a Functional Regenerated Femur

Un protocole efficace et reproductible pour Distraction ostéogénèse dans un modèle de Rat conduisant à un fémur régénéré fonctionnel

Cette étude décrit un protocole reproductible et détaillé à l’aide un fixateur externe nouvellement mis au point pour l’ostéogenèse distraction (DO), chez un rat fémorale, modèle qui autorise physiologiques supportant le poids de l’animal après l’ablation du fixateur externe.

This protocol describes the use of a newly developed external fixator for distraction osteogenesis in a rat femoral model. Distraction osteogenesis (DO) ...

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