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

Este trabalho foi apoiado e financiado pelo CNRS Mecabio desafio.
Os autores agradecer o técnico de cuidados com animais para cuidar dos animais durante todo o procedimento. Os autores também reconhecem IVTV centro de Lyon, por Thierry Hoc. Graças a Marjorie Sweetko para revisão de linguagem.
Somos gratas a Marylène Lallemand, Cécile Génovésio e Patrick Laurent e à sua contribuição para este estudo experimental.

todos os procedimentos descritos foram aprovados da Universidade de Aix-Marseille animal cuidados e uso Comissão institucional e o Ministério de pesquisa francês e realizados na casa animal convencional de (Faculdade de medicina de Marselha França).
 1. definir especificações funcionais do fixador externo baseado sobre as diretrizes a seguir <ol><li>fixação do osso Optimize.
	<ol><li>Implante segmentação metade pinos com de 1 mm de diâmetro (da seção rosqueada)...

<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>

Este estudo descreve um protocolo reprodutível, que inclui um design de fixador externo apropriado para rato alongamento do membro, com uma técnica cirúrgica detalhada que permite fisiológica do peso-rolamento pelo animal após a remoção do fixador externo. Nosso protocolo levou a um osso regenerado funcional. Depois de 47 dias de consolidação, remoção do fixador externo caseiro e 2 dias do peso-rolamento fisiológico pelo animal não induzir qualquer fractura do calo regeneradora. Graças a reconstrução de m...

Osteogênese de distração (DO) é que uma técnica cirúrgica amplamente usada clinicamente1,2,3,4 em seres humanos para baixa1,2 e alongamento do membro superior3 , tratamento após um osso pseudartrose, ou a regeneração de um defeito ósseo após uma cirurgia para a excisão de tumor ósseo, bem como na reconstrução maxilofacial4. FAZER leva a regeneração do osso após a colocação de um fixador externo em osso e osteotomia. As extremidades osteotomized são movidas longe um do outro por distração gradual2 para alcançar o alongamento desejado. Segue um período de consolidação, durante o qual não há nenhum mais alongamento.
O procedimento é dividido em três fases distintas: latência, distração e consolidação. Geralmente, um período de latência de 7 dias começa logo após osteotomia4. Isso permite que a reparação óssea começar a etapa inicial do processo cura4. O período de latência é seguido por um período de distração onde as forças de tração são aplicadas para o calo regenerado e tecidos moles circundantes1,2,4. Quando o alongamento desejado é atingido, paragens de distração e o período de consolidação começa. Durante este período, o fixador externo seja mantido até o osso regenerado é funcional o suficiente para suportar a sua remoção.
Vários parâmetros de influenciar a reparação óssea, tais como o comprimento e a taxa de alongamento, tipo de fixador externo, frequência de distração, a duração do período de consolidação, o tipo de stress mecânico aplicado para o calo distraído. Como exemplo, a taxa e frequência de alongamento podem levar a consolidação prematura5 ou a interrupção do processo através da criação de dano irrecuperável como tecido necrótico ou cistos dentro o calo6,7.
Muitos protocolos foram aplicadas a diferentes modelos animais8,9,10 para estudar os processos de reparação óssea e maximizar a consolidação óssea. Em ratos, a maioria dos estudos11,12,13,14,15 focada em como encurtar o protocolo por acelerar a consolidação de calo. Alguns desses estudos experimentais utilizados fixadores externos já comercialmente disponíveis para aplicações clínicas humana5,13,15,16. No entanto, estes tipos de fixador externo na não são adequados para fazer o fêmur de ratos, que apresenta diferentes características anatômicas do fêmur humano. Além disso, poucos estudos demonstram claramente a eficiência de seus protocolos na obtenção de um osso regenerado funcional7,16. Portanto, é difícil comparar os resultados de vários estudos, devido a suas diferentes protocolos e falta de informação sobre o fixador externo12,13,14,17.
Assim, o objetivo deste estudo foi descrever, em um modelo do rato, um protocolo eficiente e reprodutível para fazer sobre o fêmur que leva a um osso regenerado funcional. Para este fim, nós projetamos um fixador externo caseiro e fácil de usar, especialmente para o fêmur de ratos, que descrevemos em detalhe no presente protocolo. Na elaboração de especificações técnicas para este dispositivo, levamos em conta todas as limitações fundamentais para uma boa distribuição de tensões mecânicas e evitando a produção de tensão residual. Especificação técnica incluiu uma geometria apropriada para o dispositivo para permitir que a força de tração pura em ossos e tecidos circundantes, um peso adequado para a marcha do animal, controle do comprimento de alongamento ósseo e um bom alinhamento dos segmentos ósseos sem produção de tensão de cisalhamento no cruzamento de pinos e osso. Além disso, este dispositivo teve que ser utilizável sem sedação do animal durante a distração, biocompatível e podem ser esterilizada sem danos. Após 7 semanas de consolidação, este protocolo para fazer sobre o fêmur de rato levou a um osso regenerado funcional, demonstrado pelo fisiológica do peso-rolamento dos animais sem fratura do calo regenerada após a remoção do fixador externo. A marcha fisiológica dos animais era consistente com arquiteturais parâmetros obtidos de análise micro-CT do calo regenerado e análise de raios-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

Este protocolo descreve o uso de um fixador externo recentemente desenvolvido para osteogênese de distração em um modelo do rato femoral. Osteogênese de distração (DO) é uma técnica cirúrgica levando a regeneração após uma osteotomia de osso. As extremidades osteotomized são movidas longe um do outro por distração gradual para alcançar o alongamento desejado. Este procedimento é amplamente utilizado em seres humanos para membros inferiores ou superiores, alongamento, tratamento após um osso pseudartrose, ou a regeneração de um defeito ósseo após uma cirurgia para a excisão de tumor de osso, bem como na reconstrução maxilo-facial. Poucos estudos demonstram claramente a eficiência do seu protocolo na obtenção de um osso regenerado funcional, ou seja, osso que irá apoiar o peso-rolamento fisiológico sem fratura após a remoção do fixador externo. Além disso, os protocolos para variar e reprodutibilidade é limitada pela falta de informação, fazendo a comparação entre estudos difíceis. O objetivo deste estudo foi desenvolver um protocolo reprodutível, que inclui um design de fixador externo apropriado para rato alongamento do membro, com uma técnica cirúrgica detalhada que permite fisiológica do peso-rolamento pelo animal após a remoção do externo fixador externo.

As imagens de raio-x tiradas do final do procedimento cirúrgico para o final da consolidação não mostraram nenhum afrouxamento dos pinos meia-rosca no fêmur, indicando a fixação estável. Os pinos foram paralelas e bem preservado. Osteotomized extremidades estavam bem alinhadas ao longo do eixo longitudinal do osso durante o processo de fazer (Figura 2). No final do período de latência, sem áreas calcificadas eram visíveis (Fig...

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

Um protocolo eficiente e reprodutível para distração osteogênese em um modelo de rato, levando a um fêmur regenerada funcional

Este estudo descreve um protocolo reproduzível e detalhado usando um fixador externo recentemente desenvolvido para osteogênese distração () em um rato femoral modelo quais licenças fisiológica do peso-rolamento pelo animal após a remoção do fixador externo.

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

Research

JoVE Journal

Bioengineering

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