Name: a reliable and reproducible critical-sized segmental femoral defect model in rats stabilized with a custom external fixator
Uploaded: 2019-03-24T15:00:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about A Reliable and Reproducible Critical-Sized Segmental Femoral Defect Model in Rats Stabilized with a Custom External Fixator at JoVE.com

Diese Arbeit wurde von einem NIH Ausrüstung Grant 1S10OD023676-01 mit zusätzlicher Unterstützung durch die University of Wisconsin Abteilungen für Orthopädie und Rehabilitation und School of Medicine und öffentliche Gesundheit unterstützt. Wir möchten die UW Carbone Cancer Center unterstützt Grant P30 CA014520 und Verwendung von deren Small Animal Imaging Facility sowie NIH Ausbildung Grant 5T35OD011078-08 für die Unterstützung von H. Martin anerkennen. Wir danken auch Michael und Mary Sue Shannon für ihre Unterstützung der Muskel-Skelett-Regeneration-Partnerschaft.

Die Ratten, die in dieser Studie verwendeten erhalten tägliche Pflege nach der AVMA Richtlinien für die Euthanasie von Tieren: 2013 Ausgabe16. Die institutionelle Animal Care und Use Committee der University of Wisconsin-Madison überprüft und genehmigt dieses experimentelle Protokoll vor Projektbeginn.
(1) Tiere
<ol><li>Verwenden Sie die outbred Sprague-Dawley männliche Ratten mit einem Gewicht von ca. 350 g.</li>
</ol>2. Vorbereitung der Kn...

<ol>
	<li>Filipowska, J., Tomaszewski, K. A., Nied&#378;wiedzki, &. #. 3. 2. 1. ;., Walocha, J. A., Nied&#378;wiedzki, 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+role+of+vasculature+in+bone+development,+regeneration+and+proper+systemic+functioning.">The role of vasculature in bone development, regeneration and proper systemic functioning.</a> Angiogenesis. 20 (3), 291-302 (2017).</li><li>Charalambous, C. P., Akimau, P., Wilkes, R. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Hybrid+monolateral-ring+fixator+for+bone+transport+in+post-traumatic+femoral+segmental+defect:+A+technical+note.">Hybrid monolateral-ring fixator for bone transport in post-traumatic femoral segmental defect: A technical note.</a> Archives of Orthopaedic and Trauma Surgery. 129 (2), 225-226 (2009).</li><li>Xing, 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=Establishment+of+a+bilateral+femoral+large+segmental+bone+defect+mouse+model+potentially+applicable+to+basic+research+in+bone+tissue+engineering.">Establishment of a bilateral femoral large segmental bone defect mouse model potentially applicable to basic research in bone tissue engineering.</a> The Journal of Surgical Research. 192 (2), 454-463 (2014).</li><li>Chadayammuri, V., Hake, M., Mauffrey, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Innovative+strategies+for+the+management+of+long+bone+infection:+A+review+of+the+Masquelet+technique.">Innovative strategies for the management of long bone infection: A review of the Masquelet technique.</a> Patient Safety in Surgery. 9 (32), (2015).</li><li>Koettstorfer, J., Hofbauer, M., Wozasek, G. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Successful+limb+salvage+using+the+two-staged+technique+with+internal+fixation+after+osteodistraction+in+an+effort+to+treat+large+segmental+bone+defects+in+the+lower+extremity.">Successful limb salvage using the two-staged technique with internal fixation after osteodistraction in an effort to treat large segmental bone defects in the lower extremity.</a> Archives of Orthopaedic and Trauma Surgery. 132 (19), 1399-1405 (2012).</li><li>Fragomen, A. T., Rozbruch, S. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+mechanics+of+external+fixation.">The mechanics of external fixation.</a> The Musculoskeletal Journal of Hospital for Special Surgery. 3 (1), 13-29 (2007).</li><li>O&#8217;Toole, R. V., 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+prospective+randomized+trial+to+assess+fixation+strategies+for+severe+open+tibia+fractures:+Modern+ring+external+fixators+versus+internal+fixation+(FIXIT+Study).">A prospective randomized trial to assess fixation strategies for severe open tibia fractures: Modern ring external fixators versus internal fixation (FIXIT Study).</a> Journal of Orthopaedic Trauma. 31, S10-S17 (2017).</li><li>F&#252;rmetz, 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=Bone+transport+for+limb+reconstruction+following+severe+tibial+fractures.">Bone transport for limb reconstruction following severe tibial fractures.</a> Orthopedic Reviews. 8 (1), 6384 (2016).</li><li>Dohin, B., Kohler, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Masquelet&#8217;s+procedure+and+bone+morphogenetic+protein+in+congenital+pseudarthrosis+of+the+tibia+in+children:+A+case+series+and+meta-analysis.">Masquelet&#8217;s procedure and bone morphogenetic protein in congenital pseudarthrosis of the tibia in children: A case series and meta-analysis.</a> Journal of Children's Orthopaedics. 6 (4), 297-306 (2012).</li><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> Nature Reviews Rheumatology. 11, 45-54 (2015).</li><li>Pascher, 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=Gene+delivery+to+cartilage+defects+using+coagulated+bone+marrow+aspirate.">Gene delivery to cartilage defects using coagulated bone marrow aspirate.</a> Gene Therapy. 11 (2), 133-141 (2004).</li><li>Glatt, V., Matthys, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Adjustable+stiffness,+external+fixator+for+the+rat+femur+osteotomy+and+segmental+bone+defect+models.">Adjustable stiffness, external fixator for the rat femur osteotomy and segmental bone defect models.</a> Journal of Visualized Experiments. (92), (2014).</li><li>Betz, O. B., 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=Direct+percutaneous+gene+delivery+to+enhance+healing+of+segmental+bone+defects.">Direct percutaneous gene delivery to enhance healing of segmental bone defects.</a> The Journal of Bone and Joint Surgery. 88 (2), 355-365 (2006).</li><li>Fang, 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=Stimulation+of+new+bone+formation+by+direct+transfer+of+osteogenic+plasmid+genes.">Stimulation of new bone formation by direct transfer of osteogenic plasmid genes.</a> Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 93 (12), 5753-5758 (1996).</li><li>Kaspar, K., Schell, H., Toben, D., Matziolis, G., Bail, 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=An+easily+reproducible+and+biomechanically+standardized+model+to+investigate+bone+healing+in+rats,+using+external+fixation.">An easily reproducible and biomechanically standardized model to investigate bone healing in rats, using external fixation.</a> Biomedizinische Technik. 52 (6), 383-390 (2007).</li><li>Leary, 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=AVMA+guidelines+for+the+euthanasia+of+animals:+2013+edition.">AVMA guidelines for the euthanasia of animals: 2013 edition.</a> American Veterinary Medical Association. , (2013).</li><li>McKay, W. F., Peckham, S. M., Badura, J. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+comprehensive+clinical+review+of+recombinant+human+bone+morphogenetic+protein-2+(INFUSE+Bone+Graft).">A comprehensive clinical review of recombinant human bone morphogenetic protein-2 (INFUSE Bone Graft).</a> International Orthopaedics. 31 (6), 729-734 (2007).</li><li>. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Living lmage Software. , (2006).</li><li>Bassett, J. H. D., Van Der Spek, A., Gogakos, A., Williams, G. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Quantitative+X-ray+imaging+of+rodent+bone+by+faxitron.">Quantitative X-ray imaging of rodent bone by faxitron.</a> Methods in Molecular Biology. , 499-506 (2012).</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>Lieberman, J. R., 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+effect+of+regional+gene+therapy+with+bone+morphogenetic+protein-2-producing+bone-marrow+cells+on+the+repair+of+segmental+femoral+defects+in+rats.">The effect of regional gene therapy with bone morphogenetic protein-2-producing bone-marrow cells on the repair of segmental femoral defects in rats.</a> The Journal of Bone and Joint Surgery. 81 (7), 905-917 (1999).</li><li>Tsuchida, H., Hashimoto, J., Crawford, E., Manske, P., Lou, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Engineered+allogeneic+mesenchymal+stem+cells+repair+femoral+segmental+defect+in+rats.">Engineered allogeneic mesenchymal stem cells repair femoral segmental defect in rats.</a> Journal of Orthopaedic Research. 21 (1), 44-53 (2003).</li><li>Jiang, 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=Novel+standardized+massive+bone+defect+model+in+rats+employing+an+internal+eight-hole+stainless+steel+plate+for+bone+tissue+engineering.">Novel standardized massive bone defect model in rats employing an internal eight-hole stainless steel plate for bone tissue engineering.</a> Journal of Tissue Engineering and Regenerative Medicine. 12 (4), 2162-2171 (2018).</li><li>Baltzer, A. W., 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=Genetic+enhancement+of+fracture+repair:+Healing+of+an+experimental+segmental+defect+by+adenoviral+transfer+of+the+BMP-2+gene.">Genetic enhancement of fracture repair: Healing of an experimental segmental defect by adenoviral transfer of the BMP-2 gene.</a> Gene Therapy. 7 (9), 734-739 (2000).</li><li>Li, 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=Bone+defect+animal+models+for+testing+efficacy+of+bone+substitute+biomaterials.">Bone defect animal models for testing efficacy of bone substitute biomaterials.</a> Journal of Orthopaedic Translation. 3 (3), 95-104 (2015).</li></ol>

Kleiner Tiermodelle der orthopädischen Verletzungen wie komplette Knochenbrüchen ermöglichen Forschung, die die Mechanismen der Osteogenesis und Beurteilung des therapeutischen Potenzials von Biomaterialien20untersucht. Diese Studie stellt eine Ratte segmentale defekt Modell stabilisiert durch eine benutzerdefinierte Fixateur externe, die eine Labor und biomedizinische Technik Team für weitere Studien der tragenden osteosynthetischen Knochen Reparatur leicht reproduzieren kann.
<p class="j...

Orthopädische Unfallchirurgie konzentriert sich auf die Behandlung von einer Vielzahl von komplexen Frakturen. Kritischen Diaphysen segmentale Knochen, die Mängel schwierig nachweislich, klinisch durch die verminderte Regenerationsfähigkeit der umliegenden Muskeln und Knochenhaut sowie das Scheitern der Behandlung lokalisiert Angiogenese1. Moderne Behandlungstechniken beinhalten operative Fixierung mit Knochentransplantation, verzögert Knochentransplantation (Masquelet), Knochen-Beförderung, Fusion oder Amputation2,3,4. Bei den meisten Patienten, die ambulante Funktion erhalten nach ihrem Trauma mit gut funktionierenden distalen Gliedmaßen, ist Limb Salvage eindeutig eine bessere Behandlung Option5. Diese Bergung Behandlungen erfordern oft inszenierten chirurgische Eingriffe über eine lange Behandlungsdauer. Einige Autoren haben vorgeschlagen, dass externe Fixation verglichen mit der Fläche Osteosynthese für diese Anwendungen durch die verminderte Gewebeschädigung während der Implantation, verringerte implantiert und erhöhte postoperative Einstellbarkeit der überlegen ist der Fixateur6. Allerdings ist eine prospektive, randomisierte, kontrollierte Studie derzeit im Gange zur Klärung dieser Kontroverse der interne vs. externe Fixation in schweren offenen Frakturen der Tibia-7. Leider bestehen wesentliche Komplikation und Fehlerraten mit entweder Behandlung ausgewählt,8,9. Mit beiden Behandlungsmethode, in Bezug auf die segmentale Knochenschwund muss der Chirurg mit segmentale Diaphysen Mängel, die bedeutende Herausforderungen zu kämpfen. Korrekturen der segmentalen Mängel müssen Knochen Stabilisierung maximieren und gleichzeitig verbessern die knochenbildenden Prozess10,11.
Aufgrund der klinischen Bedeutung, doch das geringere Volumen der kritischen Größe Diaphysen segmentale Mängel ist eine effektive und reproduzierbare Tiermodell notwendig, Forschungsteams Behandlungstechniken und letztlich bessere klinische Ergebnisse zu ermöglichen. Forscher müssen in Vivo physiologischen heilenden Mechanismen in einem Säugetier Tiermodell studieren. Zwar gibt es solche Modelle der Fixateur externe bereits12,13,14,15hoffen wir ermöglichen eine zuverlässigere Methode für Pseudarthrosen in den unbehandelten Tieren und Verringerung der Kosten durch die Wahl der erschwingliche Fixateur Materialien und Gliederung eine einfache chirurgische Protokoll für die einfache Anwendung auf zukünftige Studien. Das primäre Ziel dieses Protokolls ist es, eine zuverlässige und reproduzierbare Modell eines kritischen Diaphysen Mangels an Ratten zu etablieren. Das Verfahren wurde durch Beurteilung der Stabilisierung und Knochenheilung in Ratte Oberschenkelknochen über 12 Wochen ausgewertet. Die sekundären Ziele enthalten: ein Modell als kosteneffektiv wie möglich, chirurgisches Vorgehen und Stabilisierung zu vereinfachen und sicherzustellen ethische Betreuung der Tiere machen. Die Autoren und Forschungsteam durchgeführt Vorversuchen mit einer Reihe von verschiedenen Biomaterialien und potenzielle regenerative Therapien zur Verbesserung der Heilung in dieser segmentalen defekt.

<table>
	<tbody>
		<tr>
			<td>0.9% Sterile Saline</td>
			<td>Baxter</td>
			<td>2F7124</td>
			<td>Used for irrigating wound and rehydration</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>10% Iodine/Povidone</td>
			<td>Carefusion</td>
			<td>1215016</td>
			<td>Used to prep skin</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>10% Neutral Buffered Formalin</td>
			<td>VWR</td>
			<td>89370094</td>
			<td>Used as fixative</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>1mm non-threaded kirschner wire</td>
			<td>DePuy Synthes</td>
			<td>VW1003.15</td>
			<td>Sterilized, used for the most proximal pin</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>1mm threaded kirschner wire</td>
			<td>DePuy Synthes</td>
			<td>VW1005.15</td>
			<td>Sterilized, used for the 3 most distal pin slots</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>2x2 gauze</td>
			<td>Covidien</td>
			<td>4006130</td>
			<td>Sterilized, used to prep skin and absorb blood</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>4-0 Vicryl Suture</td>
			<td>Ethicon</td>
			<td>4015304</td>
			<td>Used to close muscle and skin layers</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>4-40 x 0.25&#34;,18-8 stainless steel button head cap screws</td>
			<td>Generic</td>
			<td></td>
			<td>External fixator assembly</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>4200 Cordless Driver</td>
			<td>Stryker</td>
			<td>OR-S-4200</td>
			<td>Used to drill kirschner wires</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>4x4 gauze</td>
			<td>Covidien</td>
			<td>1219158</td>
			<td>Sterilized, used to absorb blood</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>70 % Ethanol</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>Used to prep skin</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Baytril</td>
			<td>Bayer Healthcare LLC, Animal health division</td>
			<td>312.10010.3</td>
			<td>Added to water as an antibiotic</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Cefazolin</td>
			<td>Hikma Pharmaceuticals</td>
			<td>8917156</td>
			<td>Pre-op antibiotic</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>CleanCap Gaussia Luciferase mRNA (5moU)</td>
			<td>TriLink Biotechnologies</td>
			<td>L-7205</td>
			<td>Modified mRNA encoding for Gaussia Luciferase, keep on ice during use</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Coelenterazine native</td>
			<td>NanoLight Technology</td>
			<td>303</td>
			<td>Substrate for Guassia Luciferase, used to assess luciferase activity in vivo</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Double antibiotic ointment</td>
			<td>Johnson &#38; Johnson consumer Inc</td>
			<td>8975432</td>
			<td>Applied to pin sites post-op as wound care</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Dual Cut Microblade</td>
			<td>Stryker</td>
			<td>5400-003-410</td>
			<td>Used to create 5mm defect in femur</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Ethylenediamine Tetraacetic Acid (EDTA)</td>
			<td>Fisher</td>
			<td>BP120-500</td>
			<td>Used to decalcify bone to prep for histology</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Extended Release Buprenorphine</td>
			<td>ZooPharm</td>
			<td></td>
			<td>Used as 3 day pain relief</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Fenestrated drapes</td>
			<td>3M</td>
			<td>1204025</td>
			<td>Used to establish sterile field</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Handpiece cord for TPS</td>
			<td>Stryker</td>
			<td>OR-S-5100-4N</td>
			<td>Used to create 5mm defect in femur</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Heating pad</td>
			<td>K&#38;H Pet Products</td>
			<td>121239</td>
			<td>Rat body temperature maintenance</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Hexagonal head screwdriver</td>
			<td>Wiha</td>
			<td>263/1/16 &#34; X 50</td>
			<td>External fixator tightening</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Induction chamber</td>
			<td>Generic</td>
			<td></td>
			<td>Anesthesia for rats</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Infuse collagen sponge with recombinant human Bone Morphogenic Protein-2</td>
			<td>Medtronic</td>
			<td>7510200</td>
			<td>Clinically relevant treatment used as positive control</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Isoflurane</td>
			<td>Clipper</td>
			<td>10250</td>
			<td>Anesthesia for rats</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>IVIS</td>
			<td>Perkin Elmer</td>
			<td>124262</td>
			<td>Bioluminescence imaging modality</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Jig</td>
			<td>Custom</td>
			<td></td>
			<td>Used to place bicortical pins</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Lipofectamine MessengerMAX</td>
			<td>Fisher Scientific</td>
			<td>LMRNA003</td>
			<td>mRNA complexing agent that enables mRNA delivery</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sensorcaine-MPF (Bupivicane (0.25%) and Epinephrine (1:200,000))</td>
			<td>APP Pharmaceuticals, LLC</td>
			<td>NDC 63323-468-37</td>
			<td>Applied to surgical site for pain relief and vasoconstriction</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sterile water</td>
			<td>Hospira</td>
			<td>8904653</td>
			<td>Used as solvent for cefazolin powder</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Titanium external fixator plates</td>
			<td>Custom</td>
			<td></td>
			<td>Prepared in house with scrap titanium and milling machine</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Total Performance System (TPS) Console</td>
			<td>Stryker</td>
			<td>OR-S-5100-1</td>
			<td>Used to create 5mm defect in femur</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>TPS MicroSaggital Saw</td>
			<td>Stryker</td>
			<td>OR-S-5100-34</td>
			<td>Used to create 5mm defect in femur</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Ultrafocus Faxitron with DXA</td>
			<td>Faxitron</td>
			<td></td>
			<td>High resolution radiographic imaging modality</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Uniprim rat diet</td>
			<td>Envigo</td>
			<td>TD.06596</td>
			<td>Medicated rat diet</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Universal Handswitch for TPS</td>
			<td>Stryker</td>
			<td>OR-S-5100-9</td>
			<td>Used to create 5mm defect in femur</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Vetbond Tissue Adhesive</td>
			<td>3M</td>
			<td>1469</td>
			<td>Skin closure</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

a reliable and reproducible critical-sized segmental femoral defect model in rats stabilized with a custom external fixator

Orthopädische Forschung stützt sich stark auf Tiermodelle Mechanismen der Knochenheilung in Vivo zu untersuchen als auch die neue Behandlungstechniken zu untersuchen. Kritische Größe segmentale Mängel sind anspruchsvoll, um klinisch zu behandeln, und Forschungsanstrengungen könnten davon profitieren, eine zuverlässige, ambulante kleine Tiermodell eine segmentale femoralen Mangels. In dieser Studie präsentieren wir eine optimierte chirurgische Protokoll für die konsequente und reproduzierbare Schaffung eines kritischen Diaphysen Mangels 5 mm in eine Ratte Femur mit einem Fixateur externe stabilisiert. Die Diaphysen Ostectomy erfolgte mittels eine benutzerdefinierte Schablone 4 Kirschner Drähte Bicortically, platzieren die waren mit einem angepassten Fixateur externe stabilisiert. Eine oszillierende Knochensäge wurde verwendet, um den Defekt zu erstellen. Entweder ein Kollagen Schwamm allein oder eine Kollagen Schwamm RhBMP-2 in den Defekt implantiert wurde, und die Knochenheilung wurde über 12 Wochen mit Röntgenaufnahmen überwacht. Nach 12 Wochen Ratten wurden geopfert und histologischen Untersuchung erfolgte über die ausgeschnittenen Kontrolle und Oberschenkelknochen behandelt. Knochendefekten mit nur Kollagen Schwamm führte Pseudarthrose, während RhBMP-2 Behandlung die Bildung einer periostalen gefühllos und neue Knochenaufbau ergab. Tiere wieder gut nach der Implantation und externe Fixierung erwies sich als erfolgreich bei der Stabilisierung der femoralen Mängel über 12 Wochen. Dieses optimierte chirurgische Modell könnte leicht angewendet werden, um die Knochenheilung zu untersuchen und testen neue orthopädischen Biomaterialien und regenerative Therapien in Vivo.

Operationen wurden in ca. einer Stunde durch einen Operateur mit Hilfe eines Assistenten durchgeführt. Nach chirurgischen Optimierung Intra- und postoperative Komplikationen wurden stark minimiert und der Jig Apparatur gewährleistet einheitliche Größe (5 x 3 x 3 mm) und Lokalisierung von femoralen Mängel verwenden. Ratten wurden ambulante unmittelbar folgenden Erholung aus der Narkose und schien nicht zu einer veränderten Verhaltensmuster haben; Ihr Gang war nicht Schmerzkur, und si...

Watch this Scientific Journal Video about A Reliable and Reproducible Critical-Sized Segmental Femoral Defect Model in Rats Stabilized with a Custom External Fixator at JoVE.com

A Reliable and Reproducible Critical-Sized Segmental Femoral Defect Model in Rats Stabilized with a Custom External Fixator

In Vivo Säugetier-Modelle der kritischen Größe Knochendefekte sind essentiell für Forscher heilenden Mechanismen und orthopädische Therapien. Hier stellen wir ein Protokoll für die Erstellung von reproduzierbaren, segmentale, femoralen Mängel bei Ratten mit Fixateur externe stabilisiert.

Eine zuverlässige und reproduzierbare kritische Größe segmentale femoralen defekt-Modell bei Ratten mit einer benutzerdefinierten Fixateur externe stabilisiert

Orthopedic research relies heavily on animal models to study mechanisms of bone healing in vivo as well as investigate the new treatment techniques. ...

Dieses chirurgische Protokoll verwendet ein konsistentes und reproduzierbares extern fixiertes segmentales Defektmodell, um die Heilungsmechanismen von Knochen und den Einsatz potenzieller regenerativer Therapien zu bewerten. Wir haben eine anspruchsvolle Operation zur Erstellung und Stabilisierung eines segmentalen Knochendefektmodells gestrafft, das zugänglich und kostengünstig ist und gleichzeitig für Längsheilungsstudien geeignet bleibt. Diese Technik ist besonders für die Behandlung von traumatischen diaphysischen Knochendefekten in kritischer Größe übertragbar, die von der Stabilisierung mit externer Fixierung profitieren können, obwohl das Modell weiterer Untersuchungen bedarf.Um eine Fraktur beim Bohren der Stifte zu verhindern, verwenden Sie hohe Drehungen pro Minute und einen niedrigen Druck, um den seitlichen Kortex zu durchstechen, und verringern Sie dann die Drehungen pro Minute, um voranzukommen. Nach der Vorbereitung des Gerüstes aus einem Knochen morphogenetischeprotein Rohr Knochen Transplantat-Kit, nach den Anweisungen des Herstellers, verwenden Sie sterile Schere und ein steriles Lineal, um den Kollagenschwamm zu trimmen, um einen fünf mal drei mal drei Millimeter Defekt zu passen. Verwenden Sie dann eine Spritze, um die knochenmorphogenetische Protein-2-Lösung gleichmäßig über die Oberfläche des Schwamms zu verteilen, bis das gesamte Volumen der Lösung absorbiert wird.Als nächstes rasieren Sie den Bereich um das Hinterbein einer anästhesierten Ratte mit der 13. Rippe, Hinterpfote und dorsalen und ventralen Mittellinien als Ränder, gefolgt von vier sequenziellen abwechselnden Peelings der exponierten Haut mit steriler Gaze, die in 10% Povidon-Jod und 70% Ethanol eingeweicht sind. Um den Oberschenkeldefekt zu induzieren, verlängern Sie das rasierte Bein durch einen fenestrated klaren klebrigen Drap und bedecken Sie die chirurgische Bank in sterilen Handtüchern, um ein steriles Feld zu schaffen. Palpate den Oberschenkelknochen und verwenden Sie eine Reihe 15 Klinge, um einen anterolateralen Schnitt durch die Haut zu schaffen, der sich von der Patella bis zum größeren Trochanter am proximalen Oberschenkelknochen erstreckt.Sorgfältig die seitliche Beinfaszie entlang des intermuskulären Septums einschneiden, um den Vastus lateralis Muskel der Quadrizeps nach hinten von den Sehnen zu trennen, bis der seitliche Oberschenkelknochen freigelegt ist. Halten Sie eine Skalpellklinge der Zahl 15 parallel zur Kontur der Knochenoberfläche, schneiden Sie den Muskel sanft vom darunter liegenden Knochen weg, um eine sorgfältige, atraumatische umlaufende Weichteilsektion durchzuführen, und beginnen Sie auf der seitlichen Oberfläche, setzen Sie den Oberschenkelknochen bei seiner mittleren Diaphyse aus. Verwenden Sie einen Periosteal-Aufzug, um den Muskel vom exponierten Knochen weg zu heben, während er seziert wird, und fahren Sie um den Oberschenkelschacht herum, bis sieben bis zehn Milliliter der zentralen Diaphyse von Weichgewebe auf allen Seiten gelöscht wurden.Als nächstes legen Sie einen Stift nur auf der Ebene des seitlichen Epicondyl, gefolgt von der Platzierung eines Jig bündig auf den seitlichen distalen Oberschenkelknochen, und legen Sie eine ein Millimeter Gewindespitze Kirschner Draht. Als nächstes, die Beibehaltung der Position der Jig auf dem Knochen, identifizieren, wo der proximale Pin wird den Knochen auf der Grundlage der Jig-Löcher eingeben. Sorgfältig eisern Sie parallel zu den Fasern der Gesäßsehne, wenn dies erforderlich ist, um eine kleine Lücke im Gewebe zu schaffen, damit der proximale Stift durchgehen kann, wodurch iatrogene Schäden an der Sehne minimiert werden.Bohren Sie einen ein Millimeter langen, nicht gefädelten k-Draht in den Spalt, und vergleichen Sie die Höhe des gebohrten Stifts mit dem losen Stift, um zu bestätigen, dass der Stift beide Kortiken eingreift. Halten Sie die Position des Jigs in Kontakt mit dem Knochen und bohren Sie zwei ein Millimeter Gewinde-K-Drähte, eine auf beiden Seiten der zukünftigen Defektstelle, um sicherzustellen, dass die Stifte beide Kortiken eingreifen, und legen Sie die externe Fixatorstange Ebene einen Zentimeter über der Haut. Schrauben Sie fest, verriegeln Sie die Leiste an Ort und Stelle, und klemmen Sie die überschüssigen Stiftlängen.Legen Sie einen kleinen gekrümmten Retraktor um den vorderen und hinteren Oberschenkelknochen, um das umgebende Weichgewebe, den Muskel und das neurovaskuläre Bündel zu schützen, und verwenden Sie ein etwa fünf Millimeter sagittal oszillierendes Sägeblatt und Licht, sogar Druck, um sehr vorsichtig einen segmentalen Defekt von fünf Millimetern durch die Mitteldiaphyse zu erzeugen. Spülen Sie die Wunde mit 10 Millilitern von 0,9% normaler Kochchen nach der Entstehung des Defekts, und verabreichen Sie 0,1 Milliliter 0,25%bupivacaine mit Epinephrin auf die Wunde als analgetische und vasokonstriktor. Setzen Sie das knochenmorphogenetische Protein-2 getränkte Schwammgerüst in den Defekt, und verwenden Sie eine 4-0 resorbierbare Naht in der einfachen unterbrochenen Muster, um die Muskelebene zu schließen.Schließen Sie dann die Hautschicht mit einer 4-0 resorbierbaren Naht in einem laufenden subcuticularen Muster, dann Hautkleber, um alle Lücken um die hervorstehenden Stifte zu schließen, und erhalten Sie ein anterior-posterior Radiobild des Oberschenkelknochens sofort, und vier und 12 Wochen nach der Operation. Negative Kontrolldefekte, die nur einen Kollagenschwamm enthalten, zeigen keine Hinweise auf eine Überbrückung der Osteogenese zwischen den proximalen und distalen Knochenrändern. Eine kleine Menge neuer Knochenumbauten kann direkt neben der geschnittenen Oberschenkelrand gesehen werden, während der Defekt selbst einen Mangel an knöchernem Material, das Vorhandensein von Knorpel und einige Resthämatome zeigt.Defekte, die Knochen morphogenetische Protein-2 getränkten Schwamm zeigen eine signifikante Knochenheilung bereits vier Wochen nach der Operation, wie durch die radiopaque kalolösen Überbrückung über den Defekt belegt. Nach 12 Wochen hat sich während des gesamten Defekts eine signifikante neue Mineralablagerung gebildet. Signifikante neue Periostealknochen können in der kalkulierenden Ausdehnung von der geschnittenen Oberschenkelmurkante beobachtet werden und die Spitzen von gewebten und lamellaren Knochen haben sich während des defekten entwickelt.Außerdem ist eine Knorpelablagerung nicht zu sehen. Die Bildgebung über das In Vivo Imaging System nach der Entfernung des externen Fixators ermöglicht die Visualisierung der biolumineszierenden transfizierten Zellen innerhalb des Defekts. Zum Beispiel, Zellen in der medullären Höhle leuchten nach der Transfektion mit komplexen mRNA-Codierung für Gaußsia luziferase, und könnte verwendet werden, um biologische Veränderungen in der Expression eines Gens oder Proteins von Interesse während des Heilungsprozesses zu messen.Die Pinplatzierung ist wichtig, um eine stabile, dauerhafte externe Fixierung zu gewährleisten. Die Stifte sollten direkt senkrecht zum Oberschenkelknochen und parallel zueinander sein, um Bruch und Infektion zu minimieren. Mit diesem Modell können biologische Mechanismen, wie z. B. spezifische Proteinausdrücke, überwacht werden, um die Heilung besser zu verstehen, und verschiedene Gerüstbiomaterialien oder Therapien können auch auf therapeutische Wirksamkeit getestet werden.Wir hoffen, dass diese Technik es zukünftigen Forschern ermöglichen wird, die orthopädische Heilung effizienter und effektiver mit externer Fixierung zu untersuchen, damit ihre Ergebnisse in verbesserte klinische Erfolge übersetzt werden können. Vermeiden Sie das Einatmen von Anästhetikum, tragen Sie die richtige persönliche Schutzausrüstung beim Umgang mit Formalin und EDTA und achten Sie beim Umgang mit chirurgischen Instrumenten, insbesondere der Bohr- und oszillierenden Knochensäge.

Research

JoVE Journal

Bioengineering

Creating Two-Dimensional Patterned Substrates for Protein and Cell Confinement

Erstellen Zweidimensionale Patterned Substrate für Protein-und Zell-Confinement

Microcontact printing provides a rapid, highly reproducible method for the creation of well-defined patterned substrates.1  While microcontact printing ...

Forschung

Biotechnik

Microfluidic Fabrication of Polymeric and Biohybrid Fibers with Predesigned Size and Shape

Mikrofluidische Herstellung von Polymer- und Biohybridfasern mit vorgefertigter Größe und Form

A &#8220;sheath&#8221; fluid passing through a microfluidic channel at low Reynolds number can be directed around another &#8220;core&#8221; stream and ...

A Full Skin Defect Model to Evaluate Vascularization of Biomaterials In Vivo

A Full Skin Defect Model to Evaluate Vascularization of Biomaterials In Vivo

Ein Vollhautdefekt Modell zur Vaskularisierung von Biomaterialien Bewerten<em&gt; In Vivo</em

Insufficient vascularization is considered to be one of the main factors limiting the clinical success of tissue-engineered constructs. In order to ...

Custom-designed Laser-based Heating Apparatus for Triggered Release of Cisplatin from Thermosensitive Liposomes with Magnetic Resonance Image Guidance

Kundenspezifische Laser-basierte Heizvorrichtung zum ausgelöste Freisetzung von Cisplatin von wärmeempfindlichen Liposomen mit Magnet-Resonanz-Bild Anleitung

Liposomes have been employed as drug delivery systems to target solid tumors through exploitation of the enhanced permeability and retention (EPR) effect ...

Method and Instrumented Fixture for Femoral Fracture Testing in a Sideways Fall-on-the-Hip Position

Methode und instrumentierte Befestigung zu Testzwecken femoralen Fraktur in einer seitwärts fallen auf Hüfte-Position

Mechanical testing of femora brings valuable insights into understanding the contribution of clinically-measureable variables such as bone mineral density ...

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

Eine effiziente und reproduzierbare Protokoll für Ablenkung Osteogenesis in einem Rattenmodell führt zu einer funktionalen regenerierten Femur

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

Fabrication of Custom Agarose Wells for Cell Seeding and Tissue Ring Self-assembly Using 3D-Printed Molds

Herstellung von benutzerdefinierten Agarose Brunnen für die Aussaat von Zelle und Gewebe Ring Selbstmontage mit 3D-Druck Formen

Engineered tissues are being used clinically for tissue repair and replacement, and are being developed as tools for drug screening and human disease ...

Perfusable Vascular Network with a Tissue Model in a Microfluidic Device

Perfusable vaskuläre Netzwerk mit einem Gewebe-Modell in einem mikrofluidischen Gerät

A spheroid (a multicellular aggregate) is regarded as a good model of living tissues in the human body. Despite the significant advancement in the ...

Repressing Gene Transcription by Redirecting Cellular Machinery with Chemical Epigenetic Modifiers

Gentranskription durch Umleiten zellulären Maschinerie mit chemischen epigenetische Modifikatoren zu unterdrücken

Regulation of chromatin compaction is an important process that governs gene expression in higher eukaryotes. Although chromatin compaction and gene ...

A Tripeptide-Stabilized Nanoemulsion of Oleic Acid

Ein Tripeptid-stabilisierten Nanoemulsion Ölsäure

We describe a method to produce a nanoemulsion composed of an oleic acids-Pt(II) core and a lysine-tyrosine-phenylalanine (KYF) coating (KYF-Pt-NE). The ...