Name: an intramedullary locking nail for standardized fixation of femur osteotomies to analyze normal and defective bone healing in mice
Uploaded: 2016-11-13T15:00:00.000+00:00
Duration: 7 min 41 s
Description: Watch this Scientific Journal Video about An Intramedullary Locking Nail for Standardized Fixation of Femur Osteotomies to Analyze Normal and Defective Bone Healing in Mice at JoVE.com

עבודה זו נתמכה על ידי RISystem AG, בדאבוס, שוויץ.

כל הנהלים היו IACUC שאושרו בעקבות הנחיות מוסדיים (Landesamt für Verbraucherschutz, Zentralstelle Amtstierärztlicher Dienst, זארבריקן, גרמניה). שיכוך כאבים ומניעת זיהום צריכים להיות בהסכמה עם ההנחיות בהתאמה של המדינה במוסד שבו הניסויים יבוצעו. 1. הכנת שתלים כלי כירורגי <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> בחר להב סכין מנתחים (גודל 15), מספרי הכנה קטנים, מלקחיים בסדר, מלקחי הלבשה, מצבטיים קטנים, 24 מד (G) ו -27 מחטי G, תפר 5-0 שאינם resorbable, ואת בעל מחט מתיבת מכשיר מייקרו . </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לפרוק את מסמר intramedullary, הפינים השלובים, מכשיר המכוון המיוחד, ג&#39;יגלי רואה, את התבנית עבור ג&#39;יגלי רואה, מקדח מרכוז (1 מ&quot;מ קוטר), המקדח (בקוטר 0.3 מ&quot;מ), ואת מקדח היד (איור 2; לראות רשימה של חומרים). הערה: intramמסמר edullary (0.8 מ&quot;מ קוטר, 15.7 מ&quot;מ אורך) הוא מסמר נעילת intramedullary נירוסטה רפואית כיתה להשתלה מדרדרת לתוך עצם הירך. המסמר יש חוט הפרוקסימלית (אורך 4 מ&quot;מ) ושני חורים עבור החדרת הסיכות השלובות (0.3 מ&quot;מ קוטר) על מנת להשיג יציבות צירית סיבוב (איור 1). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לחשוף את השתלים וכל מכשירי הניתוח לפתרון וחיטוי (למשל, 96% אלכוהול) במשך 5 דקות או לעקר אותם (חיטוי באמצעות קיטור, 130 ° C, 25 דקות). לאחר חיטוי או עיקור, למקם את המכשירים על מטלית מבצע סטרילי. מקם את המטלית מבצע סטרילי ישירות בסמוך לשולחן פעולה חיה קטנה. </li></ol> 2. בעלי חיים, הרדמה, ואת שיכוך כאבים <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> בחר את המתח, גיל ומין של עכברים לפי הצורך לחקר והשאלה להיות מטופל. הערה: לצורך המחקר 12 ל CD-1 זכר 14 שבועות בן עכברים שימשו. לקבלת מסמר implantation, משקל הגוף האידיאלי של החיות הוא 25 - 35 גרם. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> להרדים את העכברים עם זריקה intraperitoneal של 15 מ&quot;ג / ק&quot;ג ו xylazine קטמין 75 מ&quot;ג / ק&quot;ג. אשר את ההרדמה על ידי צביטת בוהן. החל סיכה עין כדי להגן על העיניים של בעלי החיים מהתייבשות במהלך ההרדמה. לאחר אינדוקציה של הרדמה, במקום את העכבר תחת מנורת חום כדי לשמור על טמפרטורה קבועה בגוף. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> החל tramadol-hydrochloride במי השתייה (2.5 מ&quot;ג / 100 מ&quot;ל) על כאבים מהיום 1 לפני הניתוח עד יום 3 לאחר הניתוח. </li></ol> 3. הליך כירורגי השרשת נייל <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לפני הניתוח, לגלח את רגלו הימנית האחורית כולו להחיל קרם מקריח. לאחר 5 דקות, להסיר את הקרם ולנקות את הרגל במים. לחשוף את השתלים וכל מכשירי הניתוח לפתרון וחיטוי (למשל, 96% אלכוהול) או לעקר אותם (חיטוי באמצעות קיטור, 130 ° C, 25 דקות). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> בתנאים aseptic, למקם את mouse במצב שכיבה על שולחן פעולת חיה הקטן. לכופף את הברך הימנית כדי לאפשר גישה קדמית condyles של הברך. בצע חתך parapatellar המדיאלי 5 מ&quot;מ על ברך ימין באמצעות להב סכין המנתחים. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הרם את רצועת הפיקה עם המלקחיים בסדר לגייס את הרצועה בזהירות עם להב סכין המנתחים. לאחר מכן, להעביר את פיקת הברך רוחבית עם להב סכין המנתחים לחשוף את חריץ intercondylar של עצם הירך. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> פתח את החריץ intercondylar ידי קידוח עד חלל intramedullary הוא הגיע. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> התחל קידוח עם 45 º לקזז לציר הירך באמצעות 1 מ&quot;מ מרכוז המקדח. לאט לשנות את הכיוון של המקדח במהלך קידוח עד מקביל לציר העצם של הירך. עצור קידוח אם חלל intramedullary הוא הגיע. </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לאחר פתיחת העצם לעבר חריץ intercondylar, הכנס 24 מחט G לתוך חלל intramedullary מעל לכל האורך של עצם הירך. לקדד intrameחלל dullary של עצם הירך באופן ידני באמצעות בתנועות סיבוביות של 24 מחט G. הסר את המחט 24 G ו להכניס את המחט 27 G רזה לתוך חלל intramedullary. לדחוף את המחט קדימה כדי לחורר את העצם הקורטיקלית של הירך proximally בבית trochanter יותר. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הסר את המחט 27 G מן הירך. באמצעות מקדח היד, להשתיל את מסמר intramedullary דרך חריץ intercondylar תחת סיבוב רציף לחץ צירי עד הקצה הדיסטלי של הציפורן מגיע לרמה של condyles. הערה: הקצה הדיסטלי של הציפורן ניתן לזהות עם סימן קטן. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מניחים את העכבר במצב לרוחב שמאל. בצע חתך בעור אורך באמצעות להב סכין המנתחים לאורך חלק diaphyseal של עצם הירך לרוחב מן מפרק הברך למפרק הירך כדי ניתוח על מנת לחשוף את midshaft של עצם הירך. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> בעזרת מספרי הכנה קטנים, לפצל את fascia ולהפיץ את השרירים בכיוון של ציר הירך מהצד לרוחב.מורח את השרירים עד חלק diaphyseal של עצם הירך חשוף. לשמר את גיד הנשה. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הכן את ההיקף השלם של עצם הירך באמצעות ערעור העצם עם מלקחי ההלבשה. ואז, לחזור בו השרירים על ידי הפצת מלקחי ההלבשה ולחשוף את עצם הירך. </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הר המכשיר המכוון אל הקצה הדיסטלי של הציפורן. לקדם את המכשיר עד שהוא מייחס מקורב המתאם של הציפורן ולהפוך את המכשיר המכוון בעמדת anterolateral אל הירך. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> משתלבים הציפורן עם הפרוקסימלי וסיכת שלובים דיסטלי. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> התחל עם סיכה שלובים הפרוקסימלי. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הכנס את קצת המרכוז לקדוח (1 מ&quot;מ קוטר) לתוך מקדח יד. Countersink העצם במיקום חור שלובים הפרוקסימלי. הערה: כברירת countersinking, חלל קטן נוצר עצם קורטיקלית מול ללא קידוח דרך העצם. חלל זה מאפשר מרכוז משופר מנחה של המקדח הרזה (0.3 מ&quot;מ קוטר),שימוש בשלב מאוחר יותר. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הכנס את המקדח (0.3 מ&quot;מ קוטר) לתוך מקדח יד. שימוש במכשיר מכוון, לקדוח חור דרך הן וציפוי ואת העצם הקורטיקלית נמנע (bicortical). הכנס את הסיכה שלובים הראשון דרך המכשיר מכוון. המזמרה הפירית כונן סיכה שלובי off בהקדם המומנט שהלובים מושג. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> חזור על הליך זה עבור פיני שלובי דיסטלי. </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> בצעו את osteotomy diaphyseal. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> צרף המדריך המסור המכשיר המכוון בצד לרוחב בין שני הפינים השלובים. לאחר מכן, ראה את העצם עם ג&#39;יגלי רואה תחת השקיה רציפה עם מי מלח. לאחר osteotomy הושלמה, לחתוך את המסור בקצה אחד, סמוך לעצם. הסר את המסור בזהירות כדי למנוע גרימת נזק לרקמות הרכות. </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הסר את ההתקן המכוון ו, עם המלקחיים הקטנים, קליפ את הפיר הנותר של ציפורן intramedullary בשורת הניכרת. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> סגור את השכבות השרירות על latאתר eral של עצם הירך ולבצע סגירת העור עם תפרים יחידים. באתר הקדמי של הברך, למקם מחדש את פיקת הברך ולתקן את גיד פיקת הברך לשרירים עם תפר אחד. השתמש תפרים יחידים לסגור את הפצע הזה גם כן. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> שמור את החיות תחת מנורת חום עד שהם להתאושש מן ההרדמה. אל תשאיר את החיות ללא השגחה עד שהם להכרתו מספיק כדי לשמור שכיבה הגחון. להחזיר את החיות בכלובים יחידים במתקן החיה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> צג החיות בזהירות כל יום. לשמור על שיכוך כאבים לאחר הניתוח במהלך שלושת הימים הראשונים. המשך שיכוך כאבים אם, ביום 4 לאחר ניתוח, החיות עדיין מעידות כאב, כפי שצוין על ידי ניקוד, חוסר מנוחה, חוסר הניידות, אי חתן, יציבה לא תקינה, וחוסר העניין נורמלי בסביבה. לסיים שיכוך כאבים כאשר בעלי החיים הם כאב חינם. </li></ol>

<ol>
	<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>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>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>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>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>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>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>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>Lovati, A. 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=Diabetic+mouse+model+of+orthopaedic+implant-related+Staphylococcus+aureus+infection.">Diabetic mouse model of orthopaedic implant-related Staphylococcus aureus infection.</a> PLoS One. 8 (6), e67628 (2013).</li><li>Slade Shantz, J. A., Yu, Y. Y., Andres, W., Miclau, T., Marcucio, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Modulation+of+macrophage+activity+during+fracture+repair+has+differential+effects+in+young+adult+and+elderly+mice.">Modulation of macrophage activity during fracture repair has differential effects in young adult and elderly mice.</a> J Orthop Trauma. 28, 10-14 (2014).</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), 132-147 (1998).</li><li>Gr&#246;ngr&#246;ft, I., 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=Fixation+compliance+in+a+mouse+osteotomy+model+induces+two+different+processes+of+bone+healing+but+does+not+lead+to+delayed+union.">Fixation compliance in a mouse osteotomy model induces two different processes of bone healing but does not lead to delayed union.</a> J Biomech. 18 (13), 2089-2096 (2009).</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> J Vis Exp. (9), e51558 (2014).</li><li>Manassero, M., 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+novel+murine+femoral+segmental+critical-sized+defect+model+stabilized+by+plate+osteosynthesis+for+bone+tissue+engineering+purposes.">A novel murine femoral segmental critical-sized defect model stabilized by plate osteosynthesis for bone tissue engineering purposes.</a> Tissue Eng Part C Methods. 19 (4), 271-280 (2013).</li></ol>

Romano Matthys is an employee of RISystem AG, Davos, Switzerland, which produces the implants and implant-specific instruments. The other authors have no conflicts of interest.

השלבים הקריטיים ביותר של הטכניקה הניתוחית הם את המיקום הנכון של הציפורן, המכשיר המכוון, ואת הסיכות. המסמר צריך להיות מוכנס לחלוטין הכניסה ניכרה בקצה הדיסטלי של הציפורן, כי בליטה של הציפורן לתוך מפרק הברך ברמה של condyles יכולה להגביל את חופש התנועה של הברך (איור 3). לכן, בגודל של עצם הירך, ולפיכך משקל הגוף של בעלי החיים, יש לקחת בחשבון. המנתח צריך גם לשים לב במיוחד למיקום הסופי של המכשיר מכוון הצמדת אוגן מעברים של הציפורן. פעולה זו מבטיחה כי osteotomy הוא תמיד במצב midshaft זהים. לבסוף, הפינים שלובים צריך להיות מוכנס כהלכה bicortically להימנע נקע סיכה במהלך תקופת המעקב (איור 3 ב &#39;). לכן, הסיכות צריכות להיות מוכנסות לתוך עצם הירך באמצעות תנועות סיבוב ועומס צירי רציף. כונן סיכת המזמרה הפיריתמעל בהקדם המומנט שהלובים מושג. העמדה הסופית של הציפורן ואת הסיכות יש לאשר באמצעות רדיוגרפיה לפני החיות כלולות לתוך פרוטוקול המחקר. בסוף הניסוי, השלב הקריטי ביותר במהלך מסיק העצם הוא הסר של סיכות שלובים מן המסמר. לעתים קרובות למדי, את הקצוות של הסיכות מכוסות על ידי רקמה גרמית שהוקמה זה עתה. למעשה, רקמה גרומה יש כריתה עד ניתן להסיר את הסיכות. זה חייב להתבצע בזהירות רבה, כי כל נזק הירך יכול להשפיע על מאפייני ביומכנית של העצם נרפא. לפעמים, את הסיכות ניתן להסיר בקלות רבה יותר מן הצד הגבי של עצם הירך. המסמר עצמו ניתן להסיר ללא כל קושי באמצעות בעל מחט פשוט. המכשירים והשתלים עבור הליך כירורגים זה הם מאוד ספציפיים, כך ששינוי ההליך לא יכול להתבצע. בעוד ההליך עשוי לפתח complications, בידינו, הם נדירים (כלומר, מתחת ל -2%). לדוגמא, רצועת הפיקה, אשר מוסטת רוחבית במהלך ההליך, עלולה לגרום לפריצה. זה דורש תפירה של הרצועה לאחר השתלה מסמרת. במהלך החדרת מחט 24 G ואת הקודחות של עצם הירך, את condyles עלול להתפוצץ. במהלך החדרה ו osteotomy סיכה עם ג&#39;יגלי רואים, עצם הירך עלול לשבור באזור midshaft. אין אפשרות תקלות עבור סיבוכים אלה, כך החיות האלה לא יכולות לשמש עבור ניסוי סטנדרטי. מגבלה אחת של הטכניקה היא כי בגדלים שונים של בעלי חיים, ולכן femora, דורשים גדלים שונים של שתלים. מגבלה נוספת על השימוש של השתל היא כי מיקרו vivo CT מנתח של osteotomy במהלך תהליך הריפוי הם כמעט בלתי אפשרי בשל החומר השתל (נירוסטה רפואית בדרגה), דבר המשפיע על איכות התמונה. בשנת vivoניתן לבצע עצם מחקרי ריפוי באמצעות מודלים פתוחים או סגורים. במרבית המחקרים, הריפוי של עצם הירך או עצם השוק מנותח. זה נכון גם לגבי הטכניקות והמודלים שפותחו עבור עכברים במהלך העשור האחרון. אלה כוללים 7-10 מודלים פתוחים וכן 5,11,12 גישות סגורות, אשר עשוי לספק נוקשה או קיבעון נוקשה פחות. מעניין, מחקרים קודמים בעכברים המשמשים סיכת intramedullary פשוטה. למרות הריפוי של שברים התייצב עם סיכה כזו פשוטה הייתה קשורה עם היווצרות יבלת ענקית, הטכניקה נשא מספר לא מבוטל של חסרונות. נקע פינים אלה כללו תגובת ריפוי הטרוגנית בשל האי של יציבות צירית סיבוב. למרות חסרונות אלה ידועים להשפיע על תוצאות הניסוי, מחקרים שנעשו לאחרונה, אשר מתכוונים לנתח את מנגנוני ריפוי העצם, עדיין משתמשים במודלים murine שבו השבר הוא התייצב רק בסיכה 13 או אפילו עזב לא יציב <sעד&gt; 14. לכן, בגלל המכניקה במהלך הריפוי ניכר להשפיע על התהליך של ריפוי 15, אנו חשים כי טכניקות osteosynthesis יציבות, דומות לאלה המשמשים בפרקטיקה קלינית, אמורות לשמש גם בעכברים. עלות intramedullary נעילה מסמרת היא גבוהה באופן משמעותי בהשוואה לזו של סיכת intramedullary הפשוטה. עם זאת, את הסיכה נושאת בסיכון של עקירה אינו מספקת יציבות צירית סיבוב. זה עשוי להשפיע על איכות התוצאות ודורש מספר גדול יותר של בעלי חיים למחקר. לעומת זאת, intramedullary נעילה מסמר מאפשר ייצוב של osteotomies ופגמי עצם עם רמה גבוהה של סטנדרטיזציה, וכתוצאה מכך ההשתנות מופחתת של התוצאות. זה מוביל לירידה במספר הדרוש של בעלי חיים. כדי להתגבר על חוסר יציבות צירית סיבוב של הסיכה הנפוצה, כמה שתלים הוכנסו במהלך השנים האחרונות.אלה כוללים את בורג intramedullary, אשר גורם דחיסת שבר ידי ראש דיסטלי שונה במיוחד וסמוך חוט 5. טכניקת כירורגית הצורך להשתיל את הבורג היא פשוט פחות פולשני מזה של ציפורן intramedullary. עם זאת, את בורג תערוכות נוקשות סיבוב נמוכים לעומת הציפורן 4. יתר על כן, היא אינה יכולה לשמש כמודל של ריפוי פגום בגלל היציבות צירית מושגת באמצעות דחיסת צירית של שברי עצמות ברחבי שברים בעצמות. צלחת נעילה פנימי, אשר ניתן להשתמש בהם עבור קיבעון נוקשה, התוצאה היא ריפוי העצם, אשר נשלטת על ידי intramembranous התאבנות 9. כי זה סוג של ריפוי קשור היווצרות יבלת קטנה, מודל זה עשוי לא להיות מועדף בניסויים הדורשים כמויות גדולות יותר של רקמת יבלת עבור ניתוחים ביוכימיים ומולקולריים. מעניין, הצלחה הנעילה הפנימית גם יכול להיות Designed עבור טכניקת קיבעון גמישה יותר 16. באמצעות צלחת גמישה זו, ריפוי העצם הוא נשלט על ידי התאבנות endochondral ובכך מייצר כמויות גדולות יותר של רקמת היבלת. עם זאת, היווצרות יבלת היא הטרוגנית, המתרחש בעיקר על מיקום צלחת באתר ההפך. צלחת הנעילה גם מאפשרת התייצבות פגמי עצם. עם זאת, את גודל הפער מוגבל ואינו לגרום במערך האיחוד הלא אמין 6. הקיבוע החיצוני עבור עכברים מציע אלטרנטיבה מוגדרת היטב על הציפורן לניתוח ריפוי פגם עצם. היתרון העיקרי של הקיבוע החיצוני לעומת הציפורן הציגה כאן הוא האפשרות לאמת את נוקשות שתל in vivo במהלך ריפוי עצם 17. עם זאת, סיכת זיהומים ושינויים של פעילות גופנית רגילה בשל רכיבי הקיבעון לשימוש חיצוני חייבים להיות גם נחשבים. עניין מיוחד, לא intצלחת נעילת ernal ולא הקיבוע החיצוני לאפשר קיבוע סטנדרטי של תחליפי עצם נבדלים בונת הנדסת רקמות, אשר ניתן לנתח בריפוי פגם עצם. בעת שימוש שתי הטכניקות הללו, תחליפי העצם או הבונה-הנדסת רקמות חייבים להיות ממוקם בתוך הפגם, אשר בדרך כלל דורש קיבוע נוסף 18. לעומת זאת, השימוש של הציפורן מאפשר ההשתלה של תחליף העצם מעל הציפורן, מתן מיצוב קיבעון נאות (איור 6). מסמר נעילת intramedullary הציג כאן ניתן להשוות מסמרים בשימוש לטיפול בחולי טראומה בפרקטיקה קלינית. בהתאם לכך, אנו חשים כי הציפורן ניתן להשתמש במגוון רחב של מחקר ריפוי העצם בעכברים החל נורמלי פגום.

הביולוגיה של ריפוי עצם עשויה להיחקר במבחנה באמצעות תרביות תאים אליפטית, אבל זה גם דורש in vivo גישות באמצעות ניסויים בבעלי חיים. בעוד ניסויים בקנה חיים עדיין לשחק תפקיד חשוב בניסויים פרה-קליניים, בדיקות בשלב מוקדמות של מוצרים או השערות השתנו במהלך 10 השנים האחרונות והוא כיום לעתים קרובות שנערכו במודלים של בעלי חיים קטנים 1. בורר זה בוצע מכמה סיבות. ייצור ותחזוקה של עכברים וחולדות הם זול יותר לעומת חזירים וכבשים. בנוסף, חיות קטנות יש פעמי רבייה קצרות תקופות ריפוי טבעיות קצרות, אשר שניהם להקל על הביצוע של סדרות גדולות של ניסויים כרוניים. לבסוף, את הזמינות של חיות-ממוקד גני נוגדנים ספציפיים מאפשרת הניתוח של מנגנונים מולקולריים בריפוי עצם. עם זאת, בעוד טכניקות השתמש בעבר osteosynthesis במודלים של בעלי החיים הגדולים יותר יכול להיות מתורגם עם variat המינימאלי<html> יון מנהלים דומים המשמשים לטיפול בחולים קליני בבני אדם או רפואת וטרינרית, הפיתוח והיישום של טכניקות osteosynthesis בחולדות הקטנות בגודל והעכברים התברר להיות מאתגר. העובדה ידועה היא כי הסביבה ביומכנית משפיעה בצורה משמעותית על עצם תהליך ריפוי 2. כידוע מריפוי שבר בבני אדם, הבדלים תוצאה ייצוב לשבר מצבים שונים של ריפוי, כולל התאבנות intramembranous לאחר קיבוע נוקשה התאבנות endochondral לאחר קיבוע נוקשה פחות עם micromovements. צירי מלא או חוסר יציבות סיבוב עשוי לעכב את תהליך הריפוי או עלול לגרום לאי-איגודי 3. בהתאם לכך, אנו חשים כי יש צורך לפתח מערכות שתלים מתוחכמות וטכניקות osteosynthesis בעכברים וחולדות. בדרך זו, תנאי ביומכנית ניתן טופלו כראוי, המבטיחים תוצאות תקפות כאשר מנתחים את תהליך הריפוי. e_content &quot;&gt; למרות מספר לא מבוטלים של טכניקות ייצוב murine מתוחכמות הוכנסו במהלך השנים האחרונות, את הטכניקה הנפוצה ביותר היא עדיין את סיכת intramedullary הפשוטה. החסרון העיקרי של שיטה זו, לעומת זאת, היא חוסר סיבוב צירי יציבות 4. כדי לשפר את יציבות סיבוב צירית, בורג intramedullary הוצג לייצב שברים בעצם ירך בעכברים 5. עם זאת, קיבעון הבורג לא יכול לשמש לאבחון ריפוי עצם-פגום בשל צורך בקשר והדחיסה בין שברי העצמות ב כדי לשמור על יציבות סיבוב. Intramedullary נעילה מסמר מציע צירי גבוהות ויציבות סיבוב בהשוואה לפין פשוט את בורג intramedullary 4. Osteotomy ירך מאוד לשחזור, אפשרי בגלל המדריך עבור ג&#39;יגלי רואה והיכולת ליצור גדלי פער מוגדרים, מאפשרת הניתוח של שני bon הנורמליריפוי עצם פגום דואר ריפוי 6. בשל החדרת סיכות השלובות, intramedullary נעילה מסמר מבטיח גודל פער קבוע במהלך תהליך הריפוי כולו, אפילו תוך נשיאת משקל מלא. כאן אנו מדווחים על העיצוב והיישום של ציפורן נעילת intramedullary, כמו גם על היתרונות והחסרונות שלה ב מחקרי ניסויים על ריפוי עצם תקין ועכב.

<table><tbody><tr><td>MouseNail</td><td>RISystem AG</td><td>221,122</td><td></td></tr><tr><td>MouseNail aiming device</td><td>RISystem AG</td><td>221,201</td><td></td></tr><tr><td>MouseNail interlocking pin</td><td>RISystem AG</td><td>221,121</td><td></td></tr><tr><td>Centering bit</td><td>RISystem AG</td><td>592,205</td><td></td></tr><tr><td>Drill bit</td><td>RISystem AG</td><td>590,200</td><td></td></tr><tr><td>Gigli wire saw</td><td>RISystem AG</td><td>590,100</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 &amp;amp;CoKG&amp;nbsp;</td><td>BD520R</td><td></td></tr><tr><td>Dressing forceps</td><td>Braun Aesculap AG &amp;amp;CoKG&amp;nbsp;</td><td>BJ009R</td><td></td></tr><tr><td>Scissors</td><td>Braun Aesculap AG &amp;amp;CoKG&amp;nbsp;</td><td>BC100R</td><td></td></tr><tr><td>Needle holder</td><td>Braun Aesculap AG &amp;amp;CoKG&amp;nbsp;</td><td>BM024R</td><td></td></tr><tr><td>24 G needle</td><td>BD Mircolance 3</td><td>304100</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 &amp;amp;CoKG&amp;nbsp;</td><td>16600525</td><td></td></tr><tr><td>Pincers</td><td>Knipex</td><td>7932125</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&amp;uuml;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></tbody></table>

an intramedullary locking nail for standardized fixation of femur osteotomies to analyze normal and defective bone healing in mice

מודלי ריפוי עצם חיוניים לפיתוח אסטרטגיות טיפוליות חדשות לטיפול שבר קליני. יתר על כן, בעכברי מודל הופך להיות יותר נפוץ במחקר טראומה. הם מציעים מספר רב של זנים מוטנטים ונוגדנים לניתוח של המנגנונים המולקולריים מאחורי התהליך המובחן מאוד של ריפוי עצם. כדי לשלוט בסביבה ביומכנית, סטנדרטיות היטב מאופיינות טכניקות osteosynthesis הן חובה בעכברים. כאן אנו מדווחים על עיצוב ושימוש מסמר intramedullary לייצב osteotomies הירך פתוח בעכברים. המסמר, עשוי נירוסטה רפואית כיתה, מספק צירי גבוהות וקשיחות סיבוב. השתל נוסף מאפשר היצירה מוגדרת, פער osteotomy קבוע בגדלים מ 0.00 מ&quot;מימ עד 2.00 מ&quot;מ. Intramedullary נעילת ייצוב ציפורן של osteotomies ירך עם גדלי פער של 0.00 מ&quot;מ ו -0.25 מ&quot;מ לגרום ריפוי עצם נאות דרך endochondral ו ossificat intramembranousיוֹן. ייצוב osteotomies ירך עם גודל פער של 2.00 תוצאות מ&quot;מימ שאינם Union מכולה. לפיכך, את מסמר נעילת intramedullary ניתן להשתמש במודלי ריפוי שאינו נרפא. יתרון נוסף של השימוש של הציפורן בהשוואה לדגמי ריפוי עצם פתוח אחרים הוא האפשרות לתקן תחליפי עצם מספק ופיגומים כדי ללמוד את תהליך האינטגרציה גרמית. חסרון של השימוש של ציפורן intramedullary הוא ההליך כירורגי יותר פולשנית, טבוע בכל ההליכים הפתוחים בהשוואה לדגמים סגורים. חסרון נוסף עשוי להיות האינדוקציה של ניזק מסוים אל חלל intramedullary, טבועה בכל טכניקות ייצוב intramedullary בהשוואה להליכי ייצוב extramedullary.

השעה כוללת על ההליך כירורגי הייתה כ -30 דקות מן החתך בעור לפצוע סגר. באמצעות שתלים כירורגיים הניתנים, הניתוח יכול להתבצע ללא מיקרוסקופ סטריאו. לאחר ניתוח, החיות נוטר יומי. שיכוך כאבים שלאחר הניתוח הופסק לאחר 3 ימים כי אף אחד החיות הראו עדות של כאב (ניקוד, חוסר מנוחה, חוסר ניידות, אי החתן, יציבה לא תקינה, או חוסר עניין נורמלי בסביבה) לאחר פרק זמן זה. החיות הראו נושאת משקל נורמלי בתוך 2 ימים לאחר הניתוח. זיהום פצע או שברים משניים לא נצפו במהלך תקופת המעקב כולו. הסיבוך החשוב ביותר שיכול להתרחש הוא ההשתלה לא הנכונה של ציפורן הנעילה, עם הבליטה של רמת המסמר עם condyles של מפרק הברך (איור 3). זה בעיקר להתרחשהים עקב טיפול לא נכון של המכשיר המכוון או עקב השימוש של חיה עם עצם ירך קטנה מדי, במיוחד אצל עכברים עם משקולות גוף מתחת ל -20 גרם. סיבוך נוסף הוא הפריק של סיכת שלובים (איור 3 ב &#39;). סיבוך זה יכול להימנע על ידי אישור רדיוגרפי של מיקום השתל הנכון בזמן או מיד לאחר הניתוח. בעיה זו נגרמת בעיקר על ידי החדרה שלמה של הסיכה. לבסוף, קציר עצם בסוף הניסוי עוכב כמה פעמים כי זה היה קשה להסיר ממנה את הסיכות השלובות. זה נבע גרמי גישור סביב עמדת הפינים. רדיולוגית מנתח לאחר 5 שבועות אישר להחלמה מלאה של הפער 0.25 מ&quot;מ osteotomy. בשעה זו נקודת זמן, את היבלת periosteal כמעט שופץ לחלוטין (איור 4 א). לעומת זאת, femora התייצב עם פער 2.00 מ&quot;מ, osteotomy לא נרפא. Femora הראה באופן מהימן<html> n אטרופית האיחוד הלא היווצרות. זה אושר גם לאחר 10 שבועות של ריפוי העצם (איור 4 ב). לאחר ייצוב עם פער osteotomy 0.25 מ&quot;מ, ניתוחים היסטולוגית גילו דפוס אופייני של ריפוי שבר משני עם היווצרות יבלת, כולל התאבנות intramembranous ו endochondral. לאחר 5 שבועות, osteotomy היה לגשר לגמרי עם רקמה גרמית. בנקודה זו בזמן, עצם ארוג כבר שופץ לתוך עצם שבשבת (איור 5). לעומת זאת, femora התייצב עם 2.00 פערים osteotomy מ&quot;מ הראה שאינם Union אטרופית לאחר 10 שבועות של התבוננות. זה היה קשור עם כמות גבוהה של רקמה סיבית בתוך פער osteotomy. אף אחד osteotomies הראו סימנים של ריפוי העצם או גישור כאשר נותחו היסטולוגית (איור 5 ב &#39;). 2 / 54472fig1.jpg &quot;/&gt; איור 1: שתלים. מסמר intramedullary א (בקוטר 0.8 מ&quot;מ, 15.7 מ&quot;מ אורך) עם חוט הפרוקסימלית (חץ, 4 מ&quot;מ אורך) ושני חורים (ראשי חץ) עבור החדרת הסיכות השלובות. המסמר מחובר פיר (חץ כפול) כדי להקל על יישום. פינים ב שליבה (0.3 מ&quot;מ קוטר, חץ) על מנת להשיג יציבות הסיבוב צירית. הסיכה שהלובית גם מחוברת פיר (חץ כפול) כדי להקל על יישום. מסמר intramedullary ג לאחר השתלה לתוך עצם ירך עכבר. <a href="https://ecsource-jove-com.bdigitaluss.remotexs.co/files/ftp_upload/54472/54472fig1large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.</a> <img alt="איור 2" src="/files/ftp_upload/54472/54472fig2.jpg" /> איור 2: מכשירי ניתוח להשתלה מסמר. א מכוון מכשיר עבור ההחדרהשל הציפורן. ב המסור מדריך לשמש בריאת osteotomy עם גודל הפער של 0.25 מ&quot;מ. המקדח ג לקידוח החור עבור הפינים שלובים. קצת ד מרכוז לקדוח countersinking החורים פינים שלובים . תרגיל יד א משמש הכניסה של הציפורן, countersinking, קידוח חור, ואת הכניסה של הפינים שלובים. <a href="https://ecsource-jove-com.bdigitaluss.remotexs.co/files/ftp_upload/54472/54472fig2large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.</a> <img alt="איור 3" src="/files/ftp_upload/54472/54472fig3.jpg" /> איור 3: צילומים לאחר ניתוח. א תצלום רנטגן הוכחת בליטה (חץ) של הציפורן לתוך מפרק הברך ברמה של condyles. ב תצלום רנטגן הוכחת הכנסה שלמה של interloc הפרוקסימלימלך פיני (חץ). ברי סולם מייצגים 4 מ&quot;מ. <img alt="איור 4" src="/files/ftp_upload/54472/54472fig4.jpg" /> איור 4: צילומי רנטגן לאחר 5 ו -10 שבועות של ריפוי העצם. א רדיוגרפית ניתוח של עצם ירך התייצב עם פער osteotomy 0.25 מ&quot;מ לאחר 5 שבועות, הוכחת ריפוי עצם נאות. ניתוח רדיוגרפית ב של ירך התייצב עם פער osteotomy 2.00 מ&quot;מ לאחר 10 שבועות, הוכחה שאינו Union מכולה. ברי סולם מייצגים 4 מ&quot;מ. <img alt="איור 5" src="/files/ftp_upload/54472/54472fig5.jpg" /> איור 5: סעיפים היסטולוגית לאחר 5 ו -10 שבועות של ריפוי העצם. ניתוח א היסטולוגית של ירך התייצב עם פער osteotomy 0.25 מ&quot;מ לאחר 5 שבועות, הוכחת ריפוי עצם נאות. הערת השיפוץ כמעט-מלא עם עצם שבשבת. ב Histניתוח ological של ירך התייצב עם פער osteotomy 2.00 מ&quot;מ לאחר 10 שבועות, הוכחה שאינו Union מכולה. שימו לב רקמה סיבית בפער osteotomy. הסעיפים היסטולוגית הוכתמו לפי שיטת trichrome. ברי סולם מייצגים 800 מיקרומטר. <img alt="איור 6" src="/files/ftp_upload/54472/54472fig6.jpg" /> איור 6: השתלת תחליף עצם תצלום בשנת vivo הוכחת פגם עצם מגזרי של עצם הירך הימנית של עכבר.. הפגם מתמלא על ידי תחליף עצם (חץ). תחליף העצם מושתל על הציפורן, מתן מיצוב קיבעון הולם.

Watch this Scientific Journal Video about An Intramedullary Locking Nail for Standardized Fixation of Femur Osteotomies to Analyze Normal and Defective Bone Healing in Mice at JoVE.com

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

This protocol describes an osteosynthesis technique using an intramedullary locking nail for standardized fixation of femur osteotomies, which can be used to analyze normal and defective bone healing in mice.

מסמר נעילת intramedullary עבור קיבוע סטנדרטי של Osteotomies עצם הירך כדי לנתח רגיל ופגום עצם ריפוי עכברים

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

an-intramedullary-locking-nail-for-standardized-fixation-femur

Nanyang Technological University

Research

JoVE Journal

Medicine

13.3K Views.  Saarland University. This protocol describes an osteosynthesis technique using an intramedullary locking nail for standardized fixation of femur osteotomies, which can be used to analyze normal and defective bone healing in mice.

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

Creating Rigidly Stabilized Fractures for Assessing Intramembranous Ossification, Distraction Osteogenesis, or Healing of Critical Sized Defects

Assessing modes of skeletal repair is essential for developing therapies to be used clinically to treat fractures. Mechanical stability plays a large role in healing of bone injuries. In the worst-case scenario mechanical instability can lead to delayed or non-union in humans. However, motion can also stimulate the healing process. In fractures that have motion cartilage forms to stabilize the fracture bone ends, and this cartilage is gradually replaced by bone through recapitulation of the developmental process of endochondral ossification. In contrast, if a bone fracture is rigidly stabilized bone forms directly via intramembranous ossification. Clinically, both endochondral and intramembranous ossification occur simultaneously. To effectively replicate this process investigators insert a pin into the medullary canal of the fractured bone as described by Bonnarens4. This experimental method provides excellent lateral stability while allowing rotational instability to persist. However, our understanding of the mechanisms that regulate these two distinct processes can also be enhanced by experimentally isolating each of these processes. We have developed a stabilization protocol that provides rotational and lateral stabilization. In this model, intramembranous ossification is the only mode of healing that is observed, and healing parameters can be compared among different strains of genetically modified mice 5-7, after application of bioactive molecules 8,9, after altering physiological parameters of healing 10, after modifying the amount or time of stabilization 11, after distraction osteogenesis 12, after creation of a non-union 13, or after creation of a critical sized defect. Here, we illustrate how to apply the modified Ilizarov fixators for studying tibial fracture healing and distraction osteogenesis in mice.

This article describes a method for stabilizing long bone fractures that is based on the application of modified Ilizarov external fixators 1-3. After application of the fixators and creation of the bone injury, healing can be assessed, distraction osteogenesis can be performed, or non-union or critical sized defect can be created and used to study therapeutic interventions.

יצירת שברים התייצב נוקשה להערכת התאבנות Intramembranous, הסחת הדעת osteogenesis, או ריפוי של פגמים בגודל קריטי

Assessing modes of skeletal repair is essential for developing therapies to be used clinically to treat fractures. Mechanical stability plays a large role ...

A Mini-Invasive Internal Fixation Technique for Studying Immobilization-Induced Knee Flexion Contracture in Rats

Joint contracture, resulting from a prolonged joint immobilization, is a common complication in orthopedics. Currently, utilizing an internal fixation to restrict knee joint mobility is a widely accepted model to generate experimental contracture. However, implanting application will inevitably cause surgical trauma to the animals. Aiming to develop a less invasive approach, we combined a muscle-gap separation modus with a previously reported mini-incision skill during the surgical procedure: Two mini skin incisions were made on the lateral thigh and leg, followed by performing muscle-gap separation to expose the bone surface. The rat knee joint was gradually immobilized by a preconstructed internal fixation at approximately 135&#176; knee flexion without interfering essential nerves or blood vessels. As expected, this simple technique permits rapid postoperative rehabilitation in animals. The correct position of the internal fixation was confirmed by an x-ray or micro-CT scanning analysis. The range of motion was significantly restricted in the immobilized knee joint than that observed in the contralateral knee joint demonstrating the effectiveness of this model. Besides, histological analysis revealed the development of fibrous deposition and adhesion in the posterior-superior knee joint capsule over time. Thus, this mini-invasive model may be suitable for mimicking the development of immobilized knee joint contracture.

Here, we present a protocol to describe a minimally invasive technique for knee joint immobilization in a rat model. This reproducible protocol, basing on muscle-gap separation modus and the mini-incision skill, is suitable for studying the underlying molecular mechanism of acquired joint contracture.

מיני פולשנית שיטה פנימית ללמידה בברך שנגרמה כתוצאה מצמצום בחולדות

Joint contracture, resulting from a prolonged joint immobilization, is a common complication in orthopedics. Currently, utilizing an internal fixation to ...

Developmental Biology

A Simple Critical-sized Femoral Defect Model in Mice

While bone has a remarkable capacity for regeneration, serious bone trauma often results in damage that does not properly heal. In fact, one tenth of all limb bone fractures fail to heal completely due to the extent of the trauma, disease, or age of the patient. Our ability to improve bone regenerative strategies is critically dependent on the ability to mimic serious bone trauma in test animals, but the generation and stabilization of large bone lesions is technically challenging. In most cases, serious long bone trauma is mimicked experimentally by establishing a defect that will not naturally heal. This is achieved by complete removal of a bone segment that is larger than 1.5 times the diameter of the bone cross-section. The bone is then stabilized with a metal implant to maintain proper orientation of the fracture edges and allow for mobility. 
Due to their small size and the fragility of their long bones, establishment of such lesions in mice are beyond the capabilities of most research groups. As such, long bone defect models are confined to rats and larger animals. Nevertheless, mice afford significant research advantages in that they can be genetically modified and bred as immune-compromised strains that do not reject human cells and tissue.
Herein, we demonstrate a technique that facilitates the generation of a segmental defect in mouse femora using standard laboratory and veterinary equipment. With practice, fabrication of the fixation device and surgical implantation is feasible for the majority of trained veterinarians and animal research personnel. Using example data, we also provide methodologies for the quantitative analysis of bone healing for the model.

Animal models are frequently employed to mimic serious bone injury in biomedical research. Due to their small size, establishment of stabilized bone lesions in mice are beyond the capabilities of most research groups. Herein, we describe a simple method for establishing and analyzing experimental femoral defects in mice.

דגם פגם עצם הירך קריטית בגודל פשוט בעכברים

While bone has a remarkable capacity for regeneration, serious bone trauma often results in damage that does not properly heal. In fact, one tenth of all ...

Establishment of a Segmental Femoral Critical-size Defect Model in Mice Stabilized by Plate Osteosynthesis

The use of tissue-engineered bone constructs is an appealing strategy to overcome drawbacks of autografts for the treatment of massive bone defects. As a model organism, the mouse has already been widely used in bone-related research. Large diaphyseal bone defect models in mice, however, are sparse and often use bone fixation which fills the bone marrow cavity and does not provide optimal mechanical stability. The objectives of the current study were to develop a critical-size, segmental, femoral defect in nude mice. A 3.5-mm mid-diaphyseal femoral ostectomy (approximately 25% of the femur length) was performed using a dedicated jig, and was stabilized with an anterior located locking plate and 4 locking screws. The bone defect was subsequently either left empty or filled with a bone substitute (syngenic bone graft or coralline scaffold). Bone healing was monitored noninvasively using radiography and in vivo micro-computed-tomography and was subsequently assessed by ex vivo micro-computed-tomography and undecalcified histology after animal sacrifice, 10 weeks postoperatively. The recovery of all mice was excellent, a full-weight-bearing was observed within one day following the surgical procedure. Furthermore, stable bone fixation and consistent fixation of the implanted materials were achieved in all animals tested throughout the study. When the bone defects were left empty, non-union was consistently obtained. In contrast, when the bone defects were filled with syngenic bone grafts, bone union was always observed. When the bone defects were filled with coralline scaffolds, newly-formed bone was observed in the interface between bone resection edges and the scaffold, as well as within a short distance within the scaffold. 
The present model describes a reproducible critical-size femoral defect stabilized by plate osteosynthesis with low morbidity in mice. The new load-bearing segmental bone defect model could be useful for studying the underlying mechanisms in bone regeneration pertinent to orthopaedic applications.

Although mouse models are invaluable tools for bone tissue engineering, models of long bone defects are sparse. This need motivated development of the present protocol which uses a locking plate with four screws and a dedicated jig to perform and stabilize a reproducible, femoral, critical-size defect with low morbidity.

הקמת דגם פגם קריטי בגודל הירך מגזרית עכברים מיוצב על ידי פלייט Osteosynthesis

The use of tissue-engineered bone constructs is an appealing strategy to overcome drawbacks of autografts for the treatment of massive bone defects. As a ...

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

Endochondral fracture healing is a complex process involving the development of fibrous, cartilaginous, and osseous tissue in the fracture callus. The amount of the different tissues in the callus provides important information on the fracture healing progress. Available in vivo techniques to longitudinally monitor the callus tissue development in preclinical fracture-healing studies using small animals include digital radiography and &#181;CT imaging. However, both techniques are only able to distinguish between mineralized and non-mineralized tissue. Consequently, it is impossible to discriminate cartilage from fibrous tissue. In contrast, magnetic resonance imaging (MRI) visualizes anatomical structures based on their water content and might therefore be able to noninvasively identify soft tissue and cartilage in the fracture callus. Here, we report the use of an MRI-compatible external fixator for the mouse femur to allow MRI scans during bone regeneration in mice. The experiments demonstrated that the fixator and a custom-made mounting device allow repetitive MRI scans, thus enabling longitudinal analysis of fracture-callus tissue development.

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

The evaluation of tissue development in the fracture callus during endochondral bone healing is essential to monitor the healing process. Here, we report the use of a magnetic resonance imaging (MRI)-compatible external fixator for the mouse femur to allow MRI scans during bone regeneration in mice.

אין ויוו הערכה של שבר פיתוח קסם במהלך עצם הריפוי בעכברים שימוש בהתקן התואם ל- MRI Osteosynthesis את העכבר אתי

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

A Mouse Model of Orthopedic Surgery to Study Postoperative Cognitive Dysfunction and Tissue Regeneration

Surgery is commonly used to improve and maintain quality of life. Unfortunately, in vulnerable patients such as the elderly, complications may occur and significantly diminish the outcome. Indeed, after routine orthopedic surgery to repair a fracture, as many as 50% of elderly patients suffer from neurologic complications like delirium. Also, the capacity to heal and regenerate tissue after surgery decreases with age, and can impact the quality of fracture repair and even osseous integration of implants. Thus, a better understanding of mechanisms that drive these age-dependent changes could provide strategic targets to minimize risk for such complications and optimize outcomes. Here, we introduce a clinically relevant mouse model of tibial fracture. The postoperative changes in these mice mimic some of the cognitive impairments commonly observed after routine orthopedic surgery in humans. Briefly, an incision is performed in the right hind limb under strictly aseptic conditions. Muscles are disassociated, and a 0.38-mm stainless steel pin is inserted into the upper crest of the tibia, inside the intramedullary canal. Osteotomy is then performed, and the wound is stapled. We have used this model to investigate the effects of surgical trauma on postoperative neuroinflammation and behavioral changes. By applying this fracture model in combination with parabiosis, a surgical model in which 2 mice are anastomosed, we have studied cells and secreted factors that systemically rejuvenate organ function and tissue regeneration after injury. By following our step-by-step protocol, these models can be reproduced with high fidelity, and can be adapted to interrogate many biologic pathways that are altered by surgical trauma.

This protocol describes a mouse model of orthopedic surgery that has been used to study mechanisms of postoperative neuroinflammation and behavioral changes, and when combined with parabiosis, to study tissue regeneration during aging.

דגם העכבר של כירורגיה אורתופדית ללמוד לאחר הניתוח בתפקוד הקוגניטיבי ו התחדשות רקמות

Surgery is commonly used to improve and maintain quality of life. Unfortunately, in vulnerable patients such as the elderly, complications may occur and ...

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

Bone healing models are necessary to analyze the complex mechanisms of fracture healing to improve clinical fracture treatment. During the last decade, an increased use of mouse models in orthopedic research was noted, most probably because mouse models offer a large number of genetically-modified strains and special antibodies for the analysis of molecular mechanisms of fracture healing. To control the biomechanical conditions, well-characterized osteosynthesis techniques are mandatory, also in mice. Here, we report on the design and use of a closed bone healing model to stabilize femur fractures in mice. The intramedullary screw, made of medical-grade stainless steel, provides through fracture compression an axial and rotational stability compared to the mostly used simple intramedullary pins, which show a complete lack of axial and rotational stability. The stability achieved by the intramedullary screw allows the analysis of endochondral healing. A large amount of callus tissue, received after stabilization with the screw, offers ideal conditions to harvest tissue for biochemical and molecular analyses. A further advantage of the use of the screw is the fact that the screw can be inserted into the femur with a minimally invasive technique without inducing damage to the soft tissue. In conclusion, the screw is a unique implant that can ideally be used in closed fracture healing models offering standardized biomechanical conditions.

This protocol describes a minimally invasive osteosynthesis technique using an intramedullary screw for standardized stabilization of femur fractures, which can be used to analyze endochondral bone healing in mice.

מודל פולשנית לניתוח שבר Endochondral ריפוי בעכברים בתנאים מתוקננים ביו-מכני

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

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

Bone fractures impose a tremendous socio-economic burden on patients, in addition to significantly affecting their quality of life. Therapeutic strategies that promote efficient bone healing are non-existent and in high demand. Effective and reproducible animal models of fractures healing are needed to understand the complex biological processes associated with bone regeneration. Many animal models of fracture healing have been generated over the years; however, murine fracture models have recently emerged as powerful tools to study bone healing. A variety of open and closed models have been developed, but the closed femoral fracture model stands out as a simple method for generating rapid and reproducible results in a physiologically relevant manner. The goal of this surgical protocol is to generate unilateral closed femoral fractures in mice and facilitate a post-fracture stabilization of the femur by inserting an intramedullary steel rod. Although devices such as a nail or a screw offer greater axial and rotational stability, the use of an intramedullary rod provides a sufficient stabilization for consistent healing outcomes without producing new defects in the bone tissue or damaging nearby soft tissue. Radiographic imaging is used to monitor the progression of callus formation, bony union, and subsequent remodeling of the bony callus. Bone healing outcomes are typically associated with the strength of the healed bone and measured with torsional testing. Still, understanding the early cellular and molecular events associated with fracture repair is critical in the study of bone tissue regeneration. The closed femoral fracture model in mice with intramedullary fixation serves as an attractive platform to study bone fracture healing and evaluate therapeutic strategies to accelerate healing.

The murine closed femoral fracture model is a powerful platform to study fracture healing and novel therapeutic strategies to accelerate bone regeneration. The goal of this surgical protocol is to generate unilateral closed femoral fractures in mice using an intramedullary steel rod to stabilize the femur.

הדור של שברי הירך סגור בעכברים: מודל ללמוד ריפוי עצם

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

Fracture Apparatus Design and Protocol Optimization for Closed-stabilized Fractures in Rodents

The reliable generation of consistent stabilized fractures in animal models is essential for understanding the biology of bone regeneration and developing therapeutics and devices. However, available injury models are plagued by inconsistency resulting in wasted animals and resources and imperfect data. To address this problem of fracture heterogeneity, the purpose of the method described herein is to optimize fracture generation parameters specific to each animal and yield a consistent fracture location and pattern. This protocol accounts for variations in bone size and morphology that may exist between mouse strains and can be adapted to generate consistent fractures in other species, such as rat. Additionally, a cost-effective, adjustable fracture apparatus is described. Compared to current stabilized fracture techniques, the optimization protocol and new fracture apparatus demonstrate increased consistency in stabilized fracture patterns and locations. Using optimized parameters specific to the sample type, the described protocol increases the precision of induced traumas, minimizing the fracture heterogeneity typically observed in closed-fracture generation procedures.

The goal of the protocol is to optimize the fracture generation parameters to yield consistent fractures. This protocol accounts for the variations in bone size and morphology that may exist between animals. Additionally, a cost-effective, adjustable fracture apparatus is described.

שבר מכשיר עיצוב ואופטימיזציה פרוטוקול עבור שברים סגורים מיוצב מכרסמים

The reliable generation of consistent stabilized fractures in animal models is essential for understanding the biology of bone regeneration and developing ...

Transverse Fracture of the Mouse Femur with Stabilizing Pin

Fracture repair is an essential function of the skeleton that cannot be reliably modeled in vitro. A mouse injury model is an efficient approach to test whether a gene, gene product or drug influences bone repair because murine bones recapitulate the stages observed during human fracture healing. When a mouse or human breaks a bone, an inflammatory response is initiated, and the periosteum, a stem cell niche surrounding the bone itself, is activated and expands. Cells residing in the periosteum then differentiate to form a vascularized soft callus. The transition from the soft callus to a hard callus occurs as the recruited skeletal progenitor cells differentiate into mineralizing cells, and the bridging of the fractured ends results in the bone union. The mineralized callus then undergoes remodeling to restore the original shape and structure of the healed bone. Fracture healing has been studied in mice using various injury models. Still, the best way to recapitulate this entire biological process is to break through the cross-section of a long bone that encompasses both cortices. This protocol describes how a stabilized, transverse femur fracture can be safely performed to assess healing in adult mice. A surgical protocol including detailed harvesting and imaging techniques to characterize the different stages of fracture healing is also provided.

This protocol describes a method to perform fractures on adult mice and monitor the healing process.

שבר רוחבי של עצם הירך של העכבר עם פין מייצב

Fracture repair is an essential function of the skeleton that cannot be reliably modeled in vitro. A mouse injury model is an efficient approach to test ...