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

Detta arbete stöds av en NIH utrustning Grant 1S10OD023676-01 med ytterligare stöd som tillhandahålls genom University of Wisconsins avdelningar av ortopedi och rehabilitering och School of Medicine och folkhälsa. Vi vill uppmärksamma UW Carbone Cancer Center stöder Grant P30 CA014520 och användning av deras små djur Imaging anläggning, samt NIH utbildning Grant 5T35OD011078-08 för stöd av H. Martin. Vi tackar också Michael och Mary Sue Shannon för deras stöd för muskuloskeletala regenerering partnerskapet.

De råttor som används i denna studie fick daglig vård enligt AVMA riktlinjer för avlivning av djur: 2013 Edition16. Den institutionella djur vård och användning kommittén vid University of Wisconsin-Madison utvärderas och godkänt detta experimentellt protokoll innan projektet startade.
1. djur
<ol><li>Använd de outbred manliga Sprague-Dawley-råttor som väger ca 350 g.</li>
</ol>2. upprättande av Bone Morphogenetic Protein-2 (rhBMP-2)...

<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>

Små modeller av ortopediska skador såsom komplett benfrakturer möjliggöra forskning som utforskar mekanismer osteogenesis och bedömningen av den terapeutiska potentialen av biomaterial20. Denna studie introducerar en råtta segmentell defekt modell stabiliseras av en anpassad extern fixeringsanordning som ett lab och biomedical engineering team kan lätt reproducera för ytterligare studier av bärande osteosynthetic ben reparation.
Tidigare studier med kritiska-st...

Ortopediska Traumakirurgi fokuserar på behandling av ett brett utbud av komplexa frakturer. Kritiska diafysära segmentell ben defekter har visat sig svårt att behandla kliniskt på grund av den omgivande muskler och periostet minskad regenerativ förmåga samt bristande lokaliserade angiogenes1. Moderna behandlingstekniker omfattar operativ fixering med bentransplantat, fördröjd bengraft (Masquelet), ben transport, fusion eller amputation2,3,4. Hos de flesta patienter som har ambulatorisk funktion bevaras efter deras trauma, med väl fungerande distala lemmar, är lem bärgning helt klart en bättre behandling alternativ5. Dessa bärgning behandlingar kräver ofta iscensatta kirurgiska ingrepp över en lång behandlingsperiod. Vissa författare har föreslagit att extern fixering är överlägsen jämfört med den intern fixering för dessa program på grund av minskad vävnadsskadan under implantation, minskat implanteras yta, och ökad postoperativ justerbarhet av fixeringsanordning6. Dock pågår en prospektiv randomiserad kontrollerad studie för att klargöra denna kontrovers interna kontra extern fixering i svåra öppna frakturer av tibia7. Tyvärr kvarstår betydande komplikation och fel priser med antingen behandling som valts,8,9. Kirurgen måste antingen behandlingsmetod, med avseende på den segmentell benförlust, brottas med segmentell diafysära defekter som presenterar betydande utmaningar. Korrigeringar av segmentella defekter måste maximera ben stabilisering och samtidigt förbättra osteogent processen10,11.
På grund av klinisk betydelse, men den lägsta volymen, av kritiska och medelstora diafysära segmentella defekter, är en effektiv, reproducerbara djurmodell nödvändig för att forskargrupper att avancera behandlingstekniker och i slutändan förbättra kliniska resultat. Forskare behöver studera i vivo fysiologiska läkande mekanismer i ett däggdjur djurmodell. Medan sådana modeller av extern fixering redan existerar12,13,14,15, hoppas vi kunna ge en mer tillförlitlig metod för utebliven frakturläkning i obehandlade djur, minska kostnaderna genom valet av prisvärd fixeringsanordning material och disposition ett okomplicerat kirurgiska protokoll för den lätta för att framtida studier. Det huvudsakliga målet med detta protokoll är att upprätta en tillförlitliga och reproducerbara modell av en kritisk diafysära defekt hos råttor. Förfarandet utvärderades genom att bedöma stabilisering och ben helande i råtta lårbenet under 12 veckor. De sekundära målen ingår: att göra en prisvärd modell som ett kostnadseffektivt som möjligt, vilket förenklar kirurgisk metod och stabilisering och säkerställa etiska hand om djuren. Författarna och forskargrupp genomförde preliminära experiment med en rad olika biomaterial och potentiella regenerativa behandlingar för att förbättra läkningen i denna segmentell 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

Ortopedisk forskning är starkt beroende av djurmodeller att studera mekanismer av ben helande i vivo samt undersöka de nya behandlingstekniker. Kritisk och medelstora segmentella defekter är utmanande för att behandla kliniskt, och forskningsinsatser kunde dra nytta av en tillförlitlig, ambulatorisk små djurmodell av en segmentell femorala defekt. I denna studie presenterar vi en optimerad kirurgiska protokoll för enhetliga och reproducerbara skapandet av en 5 mm kritiska diafysära defekt i en råtta lårbenet stabiliserad med en extern fixeringsanordning. De diafysära ostectomy utfördes med hjälp av en anpassad Jigg för att placera 4 Kirschner trådar bicortically, som var stabiliserad med en anpassad extern fixeringsanordning enhet. En oscillerande ben såg användes för att skapa defekten. Antingen en kollagen svamp ensam eller kollagen svamp indränkt i rhBMP-2 var implanteras i defekten och den benläkning övervakades under 12 veckor med hjälp av röntgenbilder. Efter 12 veckor, råttor offrades och histologisk analys utfördes på kontrollen exciderad och behandlade lårbenet. Ben defekter som innehåller endast kollagen svamp resulterat i icke-unionen, medan rhBMP-2 behandling gav bildandet av en periosteal känslokallt och nya benremodellering. Djur återvunna väl efter implantation, och extern fixering visat sig framgångsrikt för att stabilisera de femorala defekterna under 12 veckor. Denna strömlinjeformade kirurgiska modell kan lätt tillämpas för att studera benläkning och testa nya ortopediska biomaterial och regenerativ terapier i vivo.

Operationer utfördes i cirka en timme av en kirurg med hjälp av en assistent. Efter kirurgisk optimering, intra- och postoperativa komplikationer var mycket minimeras och användning av jiggen apparaten säkerställas konsekvent storlek (5 x 3 x 3 mm) och lokalisering av femorala defekter. Råtta var ambulatorisk omedelbart följande återhämtning från anestesi och tycktes inte ha någon förändrade beteendemönster; deras rörelser var inte antalgiska, och de verkar inte störas av ...

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 hos däggdjur modeller av kritiska och medelstora ben defekter är väsentliga för forskare som studerar läkande mekanismer och ortopediska behandlingar. Här introducerar vi ett protokoll för skapandet av reproducerbara, segmentell, femorala defekter hos råttor stabiliserad med extern fixering.

Tillförlitliga och reproducerbara kritiska medelstora segmentell femorala defekt modell i råttor stabiliserad med en anpassad extern fixeringsanordning

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

Detta kirurgiska protokoll använder en konsekvent och reproducerbara externt fast segmental defekt modell för att utvärdera läkning mekanismerna för ben och användning av potentiella regenerativ terapier. Vi har effektiviserat en utmanande kirurgi för skapande och stabilisering av en segmentell bendefekt modell som är tillgänglig och kostnadseffektiv samtidigt som det fortfarande är lämpligt för longitudinella helande studier. Denna teknik är särskilt översättningsbar till behandling av traumatiska kritisk storlek diaphysial bendefekter som kan dra nytta av stabilisering med extern fixering, även om modellen kräver ytterligare studier.För att förhindra en fraktur medan du borrar stiften, använd höga rotationer per minut och ett lågt tryck för att punktera den laterala cortex, sedan minska rotationer per minut för att avancera. Efter att ha förberett byggnadsställningen från ett ben morphogenetic protein rör bengraft kit, enligt tillverkarens anvisningar, använda steril sax och en steril linjal för att trimma kollagen svampen för att passa en fem med tre av tre millimeter defekt. Använd sedan en spruta för att fördela benmorfogogenetiskt protein-2-lösningen jämnt över svampens yta, tills hela volymen av lösningen absorberas.Därefter rakar området runt bakbenet hos en sövd råtta med den 13: e revbenet, hind tass, och rygg- och ventrala mittlinjer som marginaler, följt av fyra sekventiella alternerande scrubs av exponerad hud med steril gasbinda indränkt i 10%povidon-jod och 70%etanol. För att framkalla femorala defekten, förlänga rakade benet genom en fenestrated klar klibbig drapera, och täcka operationsbänken i sterila handdukar för att skapa ett sterilt fält. Palpare lårbenet och använda ett nummer 15 blad för att skapa en anterolateral snitt genom huden sträcker sig från patella till större trochanter vid proximala lårbenet.Försiktigt incise den laterala benet fascia längs intermuscular septum att separera vastus lateralis muskel quadriceps anteriorly från hamstrings posteriorly tills laterala lårbenet är utsatt. Att hålla ett nummer 15 skalpell blad parallellt med konturen av benytan, försiktigt skära muskeln bort från det underliggande benet för att utföra en noggrann, atraumatic circumferential mjukvävnad dissekering, och börja på den laterala ytan, exponera lårbenet vid dess mitten av diaphysis. Använd en periosteal hiss för att lyfta muskeln bort från det exponerade benet som det är dissekeras, och fortsätt runt lårbensskaftet tills sju till 10 milliliter av centrala diafys har rensats från mjukvävnad på alla sidor.Därefter placerar du en stift precis på nivån för den laterala epicondyl, följt av placering av en jiggspolning till den laterala distala lårbenet, och sätt in en en millimeter gängad spets Kirschner tråd. Därefter, upprätthålla positionen för jiggen på benet, identifiera var den mest proximala stift kommer in i benet baserat på jiggen hålen. Försiktigt incise parallellt med fibrerna i gluteal senan som behövs för att skapa en liten lucka i vävnaden för proximala stiftet att passera, minimera iatrogen skada på senan.Borra en en millimeters icke-gängad k-tråd i gapet, och jämför höjden på den borrade tappen med den lösa tappen för att bekräfta att stiftet kopplar in båda kortiken. Bibehålla positionen för jiggen i kontakt med benet och borra två en-millimeters gängade k-trådar, en på vardera sidan av den framtida defektplatsen, se till att stiften engagera båda cortices, och placera den externa fixator bar nivå en centimeter ovanför huden. Skruva tätt, låsa stången på plats, och klipp de överflödiga stiftlängderna.Placera en liten böjd upprullningsdon runt främre och bakre lårbenet för att skydda den omgivande mjukvävnad, muskler och neurovaskulära bunt, och använda en cirka fem millimeter sagittal oscillerande sågblad, och ljus, även tryck, att mycket noggrant skapa en fem millimeter segmental defekt genom mitten av diaphysis. Spola såret med 10 milliliter 0,9%normal koksaltlösning efter att ha skapat defekten, och administrera 0,1 milliliter 0,25%bupivakain med epinefrin till såret som en analgetisk och kärlsammandragande. Sätt in benmorfogetetiskt protein-2 indränkt svampställning i defekten, och använd en 4-0 absorberbar sutur i det enkla avbrutna mönstret för att stänga muskelplanet.Stäng sedan huden lagret med hjälp av en 4-0 absorberbar sutur i en löpande subkutikben mönster, sedan huden lim för att stänga eventuella luckor runt utskjutande stift, och få en främre-bakre radiografi bild av lårbenet omedelbart, och fyra och 12 veckor efter operationen. Negativa kontroll defekter som innehåller endast en kollagen svamp visar inga tecken på överbryggande osteogenesis mellan proximala och distala ben kanter. En liten mängd nya ben ombyggnad kan ses i direkt anslutning till den skurna lårbenet kanten, medan själva defekten visar en brist på beniga material, förekomsten av brosk, och några kvarvarande hematom.Defekter som innehåller ben morphogenetic protein-2 blöt svamp visa betydande ben läkning så tidigt som fyra veckor efter kirurgi, vilket framgår av den röntgentäta känslokalla överbrygga över defekten. Med 12 veckor, betydande nya mineral nedfall har bildats under hela defekten. Betydande nya periosteal ben kan observeras i den känslokalla sträcker sig från den skurna lårbenet kanten och spicules av vävda och lamellar ben har utvecklats i hela defekten.Vidare är brosk nedfall inte sett. Avbildning via In Vivo Imaging System efter avlägsnandet av den externa fixator möjliggör visualisering av de bioluminescerande transfected cellerna inom defekten. Till exempel celler i medullary håligheten luminesce efter transfektion med komplext mRNA kodning för Gaussia luciferas, och skulle kunna användas för att mäta biologiska förändringar i uttrycket av en gen eller protein av intresse under läkningsprocessen.Stift placering är viktigt för att säkerställa en stabil, varaktig yttre fixering. Stiften ska vara direkt vinkelrätt mot lårbenet, och parallellt med varandra, för att minimera brott och infektion. Med hjälp av denna modell kan biologiska mekanismer, såsom specifika proteinuttryck, övervakas för att bättre förstå läkning, och olika byggnadsställningar biomaterial eller terapier kan också testas för terapeutisk effekt.Vi hoppas att denna teknik kommer att göra det möjligt för framtida forskare att mer effektivt studera ortopedisk läkning med extern fixering så att deras resultat kan översättas till förbättrade kliniska framgångar. Undvik att inandas bedövningsgaser, använd korrekt personlig skyddsutrustning vid hantering av formalin och EDTA, och var försiktig vid hantering av kirurgiska instrument, särskilt borren och oscillerande bensåg.

Research

JoVE Journal

Bioengineering

Creating Two-Dimensional Patterned Substrates for Protein and Cell Confinement

Att skapa två-dimensionell Mönstrad substrat för Protein och Cell inneslutning

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

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

Mikrofluidisk tillverkning av polymera och biohybridfibrer med fördesignad storlek och 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

En Full Skin Defect modell för att utvärdera Vaskularisering av biomaterial<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

Skräddarsydda laserbaserade uppvärmningsanordning för utlöst Release av cisplatin från värmekänsliga liposomer med magnetresonanstomografi Vägledning

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

Metod och instrumenterade fixtur för femorala fraktur testning i sidled höst-på-the-Hip ställning

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

En effektiv och reproducerbara protokoll för distraktion Osteogenesis i en råtta modell leder till en funktionell regenererad lårbenet

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

Tillverkning av anpassade agaros brunnar för Cell sådd och vävnad Ring självmontering med 3D-tryckt formar

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 vaskulär nätverk med en vävnad modell i en mikroflödessystem enhet

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

Ompressning gentranskription genom att omdirigera cellulära maskineriet med kemiska epigenetiska modifierare

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

En tripeptid-stabiliserad Nanoemulsion oljesyra

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 ...