Name: a minimally invasive model to analyze endochondral fracture healing in mice under standardized biomechanical conditions
Uploaded: 2018-03-22T15:00:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about A Minimally Invasive Model to Analyze Endochondral Fracture Healing in Mice Under Standardized Biomechanical Conditions at JoVE.com

Detta arbete stöds av RISystem AG, Davos, Schweiz.

Alla förfaranden utfördes enligt National Institutes of Health riktlinjerna för användningen av försöksdjur och följt institutionella riktlinjer (Landesamt für Verbraucherschutz, Zentralstelle Amtstierärztlicher Dienst, Saarbrücken, Tyskland).
1. beredning av kirurgiska instrument och implantat
<ol><li>Välj en skalpell blad (storlek 15), en liten kompress, fin pincett, en 27 G nål, en icke-resorberbara 5-0 sutur, sax och en nålförare rutan mikrokirurgiska instrument.</li>
	<li>...

<ol>
	<li>Jacenko, O., Olsen, B. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Transgenic+mouse+models+in+studies+of+skeletal+disorders.">Transgenic mouse models in studies of skeletal disorders.</a> J Rheumatol Suppl. 43, 39-41 (1995).</li><li>Histing, T., 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=Small+animal+bone+healing+models:+standards,+tips,+and+pitfalls+results+of+a+consensus+meeting.">Small animal bone healing models: standards, tips, and pitfalls results of a consensus meeting.</a> Bone. 49 (4), 591-599 (2011).</li><li>Bonnarens, F., Einhorn, T. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Production+of+a+standard+closed+fracture+in+laboratory+animal+bone.">Production of a standard closed fracture in laboratory animal bone.</a> J Orthop Res. 2 (1), 97-101 (1984).</li><li>Holstein, J. H., 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=Development+of+a+stable+closed+femoral+fracture+model+in+mice.">Development of a stable closed femoral fracture model in mice.</a> J Surg Res. 153 (1), 71-75 (2009).</li><li>Histing, T., 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=Ex+vivo+analysis+of+rotational+stiffness+of+different+osteosynthesis+techniques+in+mouse+femur+fracture.">Ex vivo analysis of rotational stiffness of different osteosynthesis techniques in mouse femur fracture.</a> J Orthop Res. 27 (9), 1152-1156 (2009).</li><li>Claes, L., Augat, P., Suger, G., Wilke, H. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Influence+of+size+and+stability+of+the+osteotomy+gap+on+the+success+of+fracture+healing.">Influence of size and stability of the osteotomy gap on the success of fracture healing.</a> J Orthop Res. 15 (4), 577-584 (1997).</li><li>Histing, T., 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=Characterization+of+the+healing+process+in+non-stabilized+and+stabilized+femur+fractures+in+mice.">Characterization of the healing process in non-stabilized and stabilized femur fractures in mice.</a> Arch Orthop Trauma Surg. 136 (2), 203-211 (2016).</li><li>Thompson, Z., Miclau, T., Hu, D., Helms, J. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+model+for+intramembranous+ossification+during+fracture+healing.">A model for intramembranous ossification during fracture healing.</a> J Orthop Res. 20 (5), 1091-1098 (2002).</li><li>Cheung, K. M., Kaluarachi, K., Andrew, G., Lu, W., Chan, D., Cheah, K. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=An+externally+fixed+femoral+fracture+model+for+mice.">An externally fixed femoral fracture model for mice.</a> J Orthop Res. 21 (4), 685-690 (2003).</li><li>Garcia, 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=A+new+technique+for+internal+fixation+of+femoral+fractures+in+mice:+impact+of+stability+on+fracture+healing.">A new technique for internal fixation of femoral fractures in mice: impact of stability on fracture healing.</a> J Biomech. 41 (8), 1689-1696 (2008).</li><li>Histing, T., 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=An+internal+locking+plate+to+study+intramembranous+bone+healing+in+a+mouse+femur+fracture+model.">An internal locking plate to study intramembranous bone healing in a mouse femur fracture model.</a> J Orthop Res. 28 (3), 397-402 (2010).</li><li>Garcia, 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=The+LockingMouseNail-a+new+implant+for+standardized+stable+osteosynthesis+in+mice.">The LockingMouseNail-a new implant for standardized stable osteosynthesis in mice.</a> J Surg Res. 169 (2), 220-226 (2011).</li><li>Histing, T., Klein, M., Stieger, A., Stenger, D., Steck, R., Matthys, R., Holstein, J. H., Garcia, P., Pohlemann, T., Menger, 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+new+model+to+analyze+metaphyseal+bone+healing+in+mice.">A new model to analyze metaphyseal bone healing in mice.</a> J Surg Res. 178 (2), 715-721 (2012).</li><li>Histing, T., Menger, M. D., Pohlemann, T., Matthys, R., Fritz, T., Garcia, P., Klein, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=An+Intramedullary+Locking+Nail+for+Standardized+Fixation+of+Femur+Osteotomies+to+Analyze+Normal+and+Defective+Bone+Healing+in+Mice.">An Intramedullary Locking Nail for Standardized Fixation of Femur Osteotomies to Analyze Normal and Defective Bone Healing in Mice.</a> J Vis Exp. (117), (2016).</li><li>Hiltunen, A., Vuorio, E., Aro, H. T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+standardized+experimental+fracture+in+the+mouse+tibia.">A standardized experimental fracture in the mouse tibia.</a> J Orthop Res. 11 (2), 305-312 (1993).</li><li>Manigrasso, M. B., O'Connor, J. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Characterization+of+a+closed+femur+fracture+model+in+mice.">Characterization of a closed femur fracture model in mice.</a> J Orthop Trauma. 18 (10), 687-695 (2004).</li><li>Holstein, J. H., Menger, M. D., Culemann, U., Meier, C., Pohlemann, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Development+of+a+locking+femur+nail+for+mice.">Development of a locking femur nail for mice.</a> J Biomech. 40 (1), 215-219 (2007).</li><li>Claes, L. E., 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=Effects+of+mechanical+factors+on+the+fracture+healing+process.">Effects of mechanical factors on the fracture healing process.</a> Clin Orthop Relat Res. 355 Suppl, S132-S147 (1998).</li></ol>

Kritiska steg av det kirurgiska ingreppet är att hitta den rätta startpunkten för skruv implantation i mitten av lårbenet kondyler vid intercondylar skåran samt optimal orientering på nålen parallellt med ben axeln för brotschning av den intramedullära hålighet. För att undvika en felaktig post position, bör kirurgen förbereda skåran tills en optimal vy uppnås. För att styra orientering under brotschning, bör lårbenet av möss hållas med fingrarna i en stabil position. Ytterligare ett avgörande steg ?...

Ben helande studier på möss är stor efterfrågan på grund av ett brett spektrum av antikroppar och genetiskt modifierade djur. Dessa fakta gör för att studera molekylära mekanismer för ben healing1. I de senaste åren utvecklat olika ben healing modeller för möss har varit2. Dessa modeller kan delas in i öppna modeller, där benet är osteotomized med en öppen laterala kirurgisk metod och i slutna modeller, där benet är splittrad fraktur som förebild infördes genom Bonnares och Einhorn3. Med denna teknik, en standardiserad tvärgående fraktur kan produceras av en 3-punkts bockning enhet och intramedullära implantat kan sättas in genom en liten mediala parapatellar snitt i en minimalinvasiv teknik att undvika en stor mjuk vävnad trauma.
Intramedullära skruven kan tillämpas för sluten fraktur stabilisering i möss. Skruven har roterande och axiella stabiliteten. Detta uppnås genom fraktur komprimering genom en proximal tråd och en distal huvud4. Ytterligare fördelar med skruven är den enkla operationsteknik, låg grad av invasivity, låga implantat vikt och, framför allt, en högre stabilitet som tillhandahåller standardiserade och kontrollerad biomekaniska villkor jämfört med andra intramedullära implantat5. I själva verket i de mest slutna frakturer modellerna, fragmenten stabiliseras endast av enkel pins, som är associerade med en total avsaknad av roterande och axiella stabiliteten och en hög risk för pin och också fraktur dislokation. Detta kan påtagligt påverka läkningsprocessen, vilket kan leda till fördröjd läkning eller icke-union bildas.
Det är väl känt att stabiliteten i frakturfixering har en enorm inverkan på den läkande process6,7. En hög stel fixering resulterar i intramembranous healing, medan en mindre stelbent fixering, som kan möjliggöra micromovements fraktur gapet, resulterar i endochondral healing. Stabilisering av frakturen med intramedullära skruven visar huvudsakligen en endochondral healing med en stor mängd callus vävnad, särskilt efter 2 veckors frakturläkning. Möjlighet att skörda en stor mängd callus vävnad möjliggör analys av flera parametrar genom olika tekniker.
Här rapporterar vi om utformning och tillämpning av intramedullära skruven i möss, liksom på dess fördelar och nackdelar i experimentella studier på normala endochondral benläkning.

<table>
	<tbody>
		<tr>
			<td>Mouse Screw</td>
			<td>RISystem AG</td>
			<td>221,100</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Guide wire</td>
			<td>RISystem AG</td>
			<td>521,100</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Centering bit</td>
			<td>RISystem AG</td>
			<td>590,205</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Hand drill</td>
			<td>RISystem AG</td>
			<td>390,130</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Cotton-Swab (150 mm, small head)</td>
			<td>Fink Walter GmbH</td>
			<td>8822428</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Suture (5-0 Prolene)</td>
			<td>Ethicon</td>
			<td>8614H</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Forceps</td>
			<td>Braun Aesculap AG &#38;CoKG</td>
			<td>BD520R</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Scissors</td>
			<td>Braun Aesculap AG &#38;CoKG</td>
			<td>BC100R</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Needle holder</td>
			<td>Braun Aesculap AG &#38;CoKG</td>
			<td>BM024R</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>27 G needle</td>
			<td>Braun Melsungen AG</td>
			<td>9186182</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Scalpel blade size 15</td>
			<td>Braun Aesculap AG &#38;CoKG</td>
			<td>16600525</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Heat radiator</td>
			<td>Sanitas</td>
			<td>605.25</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Depilatory cream</td>
			<td>Asid bonz GmbH</td>
			<td>NDXZ10</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Eye lubricant</td>
			<td>Bayer Vital GmbH</td>
			<td>2182442</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Xylazine</td>
			<td>Bayer Vital GmbH</td>
			<td>1320422</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Ketamine</td>
			<td>Serumwerke Bernburg</td>
			<td>7005294</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Tramadol</td>
			<td>Gr&#252;nenthal GmbH</td>
			<td>2256241</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Disinfection solution (SoftaseptN)</td>
			<td>Braun Melsungen AG</td>
			<td>8505018</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>CD-1 mice</td>
			<td>Charles River</td>
			<td>22</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>X-ray Device</td>
			<td>Faxitron MX-20, Faxitron X-ray Corporation</td>
			<td>2321A0988</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Fracture device small</td>
			<td>RISystem AG</td>
			<td>891,100</td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

a minimally invasive model to analyze endochondral fracture healing in mice under standardized biomechanical conditions

Ben helande modeller är nödvändigt att analysera de komplexa mekanismerna för fraktur healing för att förbättra kliniska fraktur. Under det senaste decenniet noterades en ökad användning av mus-modeller i ortopedisk forskning, troligen eftersom musmodeller erbjuder ett stort antal genetiskt modifierade stammar och särskilda antikroppar för analys av molekylära mekanismer av frakturläkning. För att styra de biomekaniska villkor, är välkarakteriserad osteosyntes tekniker obligatorisk, även hos möss. Här rapporterar vi om utformning och användning av ett stängt ben healing modell att stabilisera lårben frakturer hos möss. Intramedullära skruven, av medicinsk kvalitet rostfritt stål, ger genom fraktur komprimering en axiell och roterande stabilitet jämfört med de oftast använda enkla intramedullära stift, som visar en total avsaknad av axial och roterande stabilitet. Stabilitet uppnås genom intramedullära skruven tillåter analys av endochondral healing. En stor mängd callus vävnad, fick efter stabilisering med skruven, erbjuder idealiska förutsättningar att skörda vävnad för biokemiska och molekylära analyser. En ytterligare fördel med användningen av skruven är det faktum att skruven kan infogas i lårbenet med minimalinvasiv teknik utan att skada på den mjuka vävnaden. Sammanfattningsvis är skruven ett unikt implantat som helst kan användas i sluten fraktur healing modeller erbjuder standardiserade biomekaniska förhållanden.

Drifttiden från huden snitt för att såret stängning var 20 min. Operationen kan utföras utan stereo-Mikroskop. Postoperativt, övervakades djuren dagligen. Postoperativ analgesi avslutades efter 2 dagar eftersom inget av djuren visade tecken på smärta efter denna tidsperiod. Det för djuren visade också normala viktbärande inom 2 dagar efter operationen. Sårinfektioner observerades inte under hela observationsperioden.
<p class="jove_content" fo:keep-together.within-page="1"...

Watch this Scientific Journal Video about A Minimally Invasive Model to Analyze Endochondral Fracture Healing in Mice Under Standardized Biomechanical Conditions at JoVE.com

A Minimally Invasive Model to Analyze Endochondral Fracture Healing in Mice Under Standardized Biomechanical Conditions

Det här protokollet beskriver en minimalinvasiv osteosyntes teknik med en intramedullär skruv för standardiserade stabilisering av lårben frakturer, som kan användas för att analysera endochondral ben healing hos möss.

En minimalinvasiv modell för att analysera Endochondral Fracture Healing hos möss Under standardiserade biomekaniska förhållanden

Bone healing models are necessary to analyze the complex mechanisms of fracture healing to improve clinical fracture treatment. During the last decade, an ...

Research

JoVE Journal

Medicine

Photothrombotic Ischemia: A Minimally Invasive and Reproducible Photochemical Cortical Lesion Model for Mouse Stroke Studies

Photothrombotic Ischemia: en minimalinvasiv och reproducerbar fotokemisk Kortikal lesion modell för studier Mouse Stroke

The photothrombotic stroke model aims to induce an ischemic damage within a given cortical area by means of photo-activation of a previously injected ...

Tibial Nerve Transection - A Standardized Model for Denervation-induced Skeletal Muscle Atrophy in Mice

Tibialnerven transection - en standardiserad modell för Denervation-inducerad skelettmuskelatrofi hos möss

The tibial nerve transection model is a well-tolerated, validated, and reproducible model of denervation-induced skeletal muscle atrophy in rodents. ...

Minimally Invasive Establishment of Murine Orthotopic Bladder Xenografts

Minimalinvasiva Etablering av murina Orthotopic Bladder implanterad

Orthotopic bladder cancer xenografts are the gold standard to study molecular cellular manipulations and new therapeutic agents&#160;in vivo. Suitable ...

An Intramedullary Locking Nail for Standardized Fixation of Femur Osteotomies to Analyze Normal and Defective Bone Healing in Mice

En Märg Låsning Nail för standardiserad Fixering av lårbenet osteotomier Analysera Normal och Defekt benläkning hos möss

Bone healing models are essential to the development of new therapeutic strategies for clinical fracture treatment. Furthermore, mouse models are becoming ...

Minimally Invasive Transverse Aortic Constriction in Mice

Minimalinvasiva Tvär Aorta Förträngning i möss

Minimally invasive transverse aortic constriction (MTAC) is a more desirable method for the constriction of the transverse aorta in mice than standard ...

Minimally Invasive Muscle Embedding (MIME) - A Novel Experimental Technique to Facilitate Donor-Cell-Mediated Myogenesis

Minimally Invasive Muscle Embedding MIME - A Novel Experimental Technique to Facilitate Donor-Cell-Mediated Myogenesis

Minimalt invasiva muskel bädda (MIME) - en ny experimentell teknik att underlätta givare-Cell-medierad Myogenesis

Skeletal muscle possesses regenerative capacity due to tissue-resident, muscle-fiber-generating (myogenic) satellite cells (SCs), which can form new ...

Technique of Minimally Invasive Transverse Aortic Constriction in Mice for Induction of Left Ventricular Hypertrophy

Teknik av minimalinvasiv tvärgående aorta sammandragning i möss för induktion av vänsterkammarhypertrofi

Transverse aortic constriction (TAC) in mice is one of the most commonly used surgical techniques for experimental investigation of pressure ...

In Vivo Evaluation of Fracture Callus Development During Bone Healing in Mice Using an MRI-compatible Osteosynthesis Device for the Mouse Femur

In Vivo Evaluation of Fracture Callus Development During Bone Healing in Mice Using an MRI-compatible Osteosynthesis Device for the Mouse Femur

In Vivo Utvärdering av fraktur förhårdnader utveckling under läkning hos möss med en MRI-kompatibel osteosyntes enhet för mus lårbenet

Endochondral fracture healing is a complex process involving the development of fibrous, cartilaginous, and osseous tissue in the fracture callus. The ...

The Generation of Closed Femoral Fractures in Mice: A Model to Study Bone Healing

Generering av slutna lårbensfrakturer hos möss: en modell för att studera benläkning

Bone fractures impose a tremendous socio-economic burden on patients, in addition to significantly affecting their quality of life. Therapeutic strategies ...