この作品は、RISystem AG は、スイスのダボスによって支えられました。

すべてのプロシージャの実験動物の使用のための健康の国民の協会ガイドラインに従って行われ、制度ガイドライン (Landesamt für Verbraucherschutz、Zentralstelle Amtstierärztlicher した、ザールブリュッケン、ドイツ)。
1. 手術器械やインプラントの準備
<ol><li>器具ボックスからメスの刃 (サイズ 15)、小さい綿棒、微細鉗子、27 G 針、5-0 の非吸収性縫合糸、はさみ、ニードル ホルダーを選択します。</li>
	<li>髄内ねじ、ガイド ワイヤ (直径 0.3/0.2 mm、長さ 10 cm) を開梱、センタリング ドリル ビット (0.5 mm 径) と手ドリル (図 1;材料の表を参照してください)。 注: 髄内ねじ (直径 0.5 mm、長さ 17.2 mm) は、大腿骨への逆行性注入用医療グレード ステンレス鋼の行われます。ネジにはヒントと遠位円錐形の頭 (直径 0.8 mm、0.9 mm の長さ) 軸と回転の安定性と同様、破壊圧縮を達成するために、(直径 0.2 mm、0.4 mm) の鼻を持つ近位部スレッド (直径 0.5 mm、4 mm)。</li>
	<li>インプラントと 5 分間消毒ソリューション (96% アルコール) にすべての手術器具を公開または (蒸気滅菌、130 ° C、25 分) それらを殺菌します。消毒や殺菌の後操作布に楽器を配置します。位置操作布小動物操作テーブルに隣接。</li>
</ol>2. 動物、麻酔、鎮痛
<ol><li>ひずみ、対処されて研究の質問によるとマウスの性別や年齢を選択します。 注: この研究のため 12-14 週齢雄 CD 1 マウスが使用されました。髄内のネジを使用する適切な体重は 25-35 g の間です。</li>
	<li>キシラジンと 75 mg/kg のケタミンを 15 mg/kg の腹腔内注入マウスを麻酔します。つま先ピンチして、anesthetization を確認します。麻酔中に乾燥から動物の目を保護するために目を潤滑します。麻酔導入後、体温を一定に保つための放熱器の下にマウスを配置します。中には、動物を麻酔の適切な面を確保するため繰り返しつま先ピンチを監視しました。</li>
	<li>鎮痛のため飲料水 (1.0 mg/mL) にトラマドール塩酸塩を手術前に手術後 3 日目まで、1 日目から適用されます。 注: 鎮痛および感染予防する必要があります国と機関のそれぞれのガイドラインに一致して実験が実行されます。</li>
</ol>3. 手術の手順と髄内ネジ注入
<ol><li>術前に右後ろ足全体を剃るし、脱毛クリームを適用します。5 分後クリームを取り出して水で脚をきれい。96% のアルコールで消毒ソリューションを適用します。Betadine またはクロルヘキシジンは、完全な無菌状態を確保するためアルコールに追加できます。</li>
	<li>無菌条件下で仰臥位小さな動物操作テーブルの上にマウスを配置します。膝の顆に前方アプローチを許可する右の膝を曲げます。メス刃を使用、右膝に 5 mm 内側 parapatellar 切開を実行します。</li>
	<li>メスの刃と綿棒で慎重に膝蓋靭帯を動員します。大腿骨の顆間のノッチを公開する微細鉗子で膝蓋骨を横方向にシフトし。</li>
	<li>両顆と大腿骨のちょうど真ん中に顆間のノッチを開きます。ドリル穴の深さ 1.0 mm を超えないことを確認します。<ol>
<li>手動の低速と 45 ° オフセット 0.5 mm ドリル刃と手ドリル (図 1とD図 2) の中心を使用して大腿骨軸に腹に掘削を開始します。掘削中に継続的に 0 ° オフセット (大腿骨の骨軸と平行) に角を小さきます。掘削深さ 1.0 mm に達すると停止します。</li>
	</ol>
</li>
	<li>顆間ノッチで骨を開いたら、大腿骨の全体の長さの髄腔に 27 G の針を挿入します。27 G 針の回転運動を介して手動で大腿骨の髄腔を連します。前方の針をプッシュすると、近位大転子で皮質骨を穿孔します。</li>
	<li>27 G 針を除去し、大腿骨の遠位部をガイドワイヤーを適用します。<ol>
<li>ガイドワイヤー近位メス刃 (サイズ 15) して皮膚切開を行い、ガイド線の両端が外までガイドワイヤーを前進します。場所でガイドの線を維持することを確認します。</li>
	</ol>
</li>
	<li>ギロチンを使用して定義された閉じた破壊を作成します。<ol>
<li>ギロチンの下で右の足と横方向の位置にマウスを配置します。大腿骨の骨幹の部分がギロチンの真ん中に配置されていることを確認します。</li>
		<li>定義された距離 25.5 cm から (200 g) の重量をドロップします。</li>
	</ol>
</li>
	<li>破壊構成破壊位置と x 線装置を使用してガイド線 (図 3) の位置制御 (材料の表を参照してください)。</li>
	<li>0.2 mm のガイドワイヤーを遠位端鼻と髄内ネジを接続し、連続的な圧力と時計回りの回転の下で大腿骨に挿入します。<ol>
<li>十分なトルクが達成されるとき、ドライブ シャフトのせん断強度。</li>
		<li>近位ガイド ワイヤを削除します。</li>
	</ol>
</li>
	<li>膝蓋骨の位置を変更し、5-0 合成、モノフィラメント、裁断ポリプロピレン縫合糸を使用して 1 つの単一の縫合と筋肉に膝蓋腱を修正します。同じ材料、サイズの単一の縫合糸を使用して傷を閉じる。フラグメントと行えた x 線装置を使用して、ネジ位置の削減を制御 (材料の表を参照してください)。</li>
	<li>麻酔から回復するまでは、放熱器の下で動物を飼います。放置しないでください、動物まで腹臥床を維持するために十分な意識を取り戻しています。動物を飼養施設で単一のケージに戻ります。彼らは完全に麻酔から回復している場合でも、最初の 24 時間中に他の動物の会社に動物を返しません。</li>
	<li>毎日注意深く動物を監視します。最初の 3 日間投与量 1.0 mg/mL の飲料水にトラマドール塩酸塩を使用して術後鎮痛を維持します。発声、落ち着きのなさ、モビリティ、新郎に障害、異常姿勢、環境の中で通常の関心の欠如の欠如によって示されるように鎮痛を続ける場合、手術後に、4 日目、動物はまだ痛みの証拠を示します。鎮痛を終了するときに動物が痛みのないです。</li>
	<li>実験の終わりには、バルビツール酸塩の過剰摂取によって動物を安楽死させます。</li>
</ol>

<ol>
	<li>Jacenko, O., Olsen, B. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Transgenic+mouse+models+in+studies+of+skeletal+disorders.">Transgenic mouse models in studies of skeletal disorders.</a> J Rheumatol Suppl. 43, 39-41 (1995).</li><li>Histing, T., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Small+animal+bone+healing+models:+standards,+tips,+and+pitfalls+results+of+a+consensus+meeting.">Small animal bone healing models: standards, tips, and pitfalls results of a consensus meeting.</a> Bone. 49 (4), 591-599 (2011).</li><li>Bonnarens, F., Einhorn, T. 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H., Garcia, P., Pohlemann, T., Menger, M. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+new+model+to+analyze+metaphyseal+bone+healing+in+mice.">A new model to analyze metaphyseal bone healing in mice.</a> J Surg Res. 178 (2), 715-721 (2012).</li><li>Histing, T., Menger, M. D., Pohlemann, T., Matthys, R., Fritz, T., Garcia, P., Klein, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=An+Intramedullary+Locking+Nail+for+Standardized+Fixation+of+Femur+Osteotomies+to+Analyze+Normal+and+Defective+Bone+Healing+in+Mice.">An Intramedullary Locking Nail for Standardized Fixation of Femur Osteotomies to Analyze Normal and Defective Bone Healing in Mice.</a> J Vis Exp. (117), (2016).</li><li>Hiltunen, A., Vuorio, E., Aro, H. 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D., Culemann, U., Meier, C., Pohlemann, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Development+of+a+locking+femur+nail+for+mice.">Development of a locking femur nail for mice.</a> J Biomech. 40 (1), 215-219 (2007).</li><li>Claes, L. E., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Effects+of+mechanical+factors+on+the+fracture+healing+process.">Effects of mechanical factors on the fracture healing process.</a> Clin Orthop Relat Res. 355 Suppl, S132-S147 (1998).</li></ol>

著者は、彼らは競合する金銭的な利益があることを宣言します。

外科的処置の重要なステップのリーマの骨軸に平行大腿骨顆顆間ノッチだけでなく、針の最適な方向の真ん中にネジ注入の正しいエントリ ポイントを見つけることが、髄腔。不適切なエントリの位置を避けるためには、外科医が最適な表示を達成するまで切り込みを準備しなければなりません。リーマ加工中には方向を制御するため、マウスの大腿骨を安定した位置に指で負うべき。さらに重要なステップだ大腿骨にネジの挿入ガイドワイヤー ガイドワイヤー脱臼骨折の近位骨片から抜け出すことができます。この場合、外科医は骨片を再度、スレッドしようことができますが、この演習がほとんど成功しないと動物は、研究から除外する必要があります。
さらに、手術は、いくつかの合併症を開発可能性があります。たとえば、乳歯に最適なビューを取得する横方向にシフトされている膝蓋靱帯が破裂します。スクリュー挿入後、靭帯の縫合が必要です。乳歯の骨を開くと髄腔リーマの間に乳歯がバーストします。この場合、ネジは遠位端で適切に修正できないし、破壊の圧縮効果が得られないため、トラブルシューティングの可能性はないです。別の合併症は、挿入したガイドワイヤーまたは骨から不適切な位置の転位。この合併症は、手術中に正しい配置を確認する挿入後レントゲン解析によって、注意して取り扱うことにより削減できます。さらに、外科医は注意を払う必要がネジの突起がマウスの移動を制限するまたは破壊圧縮を減らすため完全にねじを挿入します。したがって、x 線装置、手術のために必須。手術の最後にレントゲン写真を確認した後動物だけが研究プロトコルに含まれます。
ネジの頭は、特別な除去器に接続ことができますまたは、代わりに、ネジはニードル ホルダーも削除できますので、任意の困難もなく実験の終わりに髄内ネジの除去を実行できます。
技術の 1 つの制限は、髄内ネジは定義された長さ 17.2 mm の 1 サイズだけで会社によって提供したがって、大腿骨のサイズを考慮しなければならないことです。髄内ねじの使用にさらに制限が生体内でマイクロが計算された断層レントゲン写真撮影 - (CT)、治癒過程の磁気共鳴画像 (MRI) 解析が画像に影響を与えるインプラント材料のためにほとんど不可能品質。したがって、これらの分析は、安楽死と研究期間の終わりにインプラントの除去後にのみ実行できます。最後に、ネジは近位の糸と遠位部の頭部によって骨片の圧縮による軸の安定性を実現するため、骨欠損の治癒を分析する使用できません。
骨治療の研究を使用していずれか8,9,10、11,12,13,14閉じたり4,15、 16,17骨モデルをヒーリングします。開いて骨治癒モデルは、閉じた骨治癒モデル、顕著なカルス形成を伴わない癒しの膜内の多量の結果と比較してフラグメントのより厳格な固定を許可します。オープン モデルは小さなカルス形成に関連付けられて、ために、これらのモデルは生化学と分子解析のカルス組織の大きな金額を必要とする実験に好まれない可能性があります。オープン モデルのそれ以上の不利な点は主要な軟部組織の外傷と侵襲的外側アプローチの必要性です。これに対し、クローズド モデルの使用わずかに少ない侵襲切開を必要があります。今までいくつかのクローズド モデルはマウス2に存在します。
閉じた骨モデルを癒し、大抵単純な髄内ピンを使用しています。ただし、この手法には、明確な欠点があります。特に、軸と回転の安定性の欠如。異種癒し応答5の可能性があります。骨の治癒のメカニズムを分析しようとする最近の研究がまだマウスモデル骨折だけピンで安定した、または不安定7 が出るを使用18実験結果に影響を与えるこの不利な点は知られているが、.マウスでも使用安定した骨接合技術、臨床練習で使用されるに匹敵するべきであると考えています。軸と回転安定性を達成するために髄内ねじによって開発された圧縮破壊を誘発する頭遠位と近位スレッド。関心の髄内ネジの適用は厳格な固定を作り出さないし、したがって、髄内ネジで安定した骨折大腿骨のねじれ剛性は骨折大腿骨のそれに比較して有意に低い創外固定器またはロック プレート5によって安定化されました。ただし、以下の剛性固定は軟骨内骨の治癒、勉強のみ以下の剛性固定により、軟骨内の癒しのプロセスを引き起こす骨の断片の micromovements です。それにもかかわらず、ex vivo 研究以前のように髄内ネジは異なる軸と回転の安定を生成します。生体力学的解析は 0.34 ± 0.18 のねじり剛性を実現した髄内ねじ明らかに Nmm/° と比較して有意に高値である従来のピンと達成 (0.00 ± 0.00 Nmm/°)5。したがって、ここで紹介した髄内ネジは、低侵襲技術で使用できる、マウスの研究軟骨骨折治癒のための標準化された生体力学的条件を提供する唯一のインプラントです。

マウスの骨治療の研究は、大きな需要、抗体や遺伝子組み換え動物の広いスペクトルのためこれらの事実は、骨治癒1の分子機構を研究することを。過去数年間では、癒しモデルのマウスがされている別の骨は2を開発しました。これらのモデルは、オープン モデルである骨は切り離した骨オープンの横外科的アプローチを使用しておよび Bonnares、アインホルン3で導入された破壊モデルに基づく骨がフラクチャされて閉鎖のモデルに分けることができます。この手法を使用すると、標準化された横骨折は 3 点曲げデバイスによって作り出すことが、主要な軟部組織の外傷を避ける低侵襲技術で小さな内側 parapatellar 切開髄内インプラントを挿入できます。
髄内ネジは、マウスの閉鎖骨折の安定化のために適用できます。ネジは回転と軸の安定性を提供しています。これは近位撚り糸と、遠位の頭4破壊圧縮によって達成されます。ねじのそれ以上の利点は単純な手技、invasivity、低の低グレード インプラントの重量および、特に、他の髄内と比較して標準化され、制御された生体力学的条件を提供する高い安定性インプラントの5を。実際には、最も閉鎖骨折モデルにおけるフラグメントは回転と軸の安定性の完全な欠如とピンの高リスクに関連付けられている単純なピンによってだけ安定して脱臼骨折のも。これは著しく治癒遅延または非組合結成があります癒しのプロセスを影響します。
骨折固定器具の安定性では、癒しのプロセス6、7の途方もない影響が知られています。高剛性固定結果膜内癒し癒しの軟骨内で結果を破壊ギャップの micromovements を可能性があります、以下の剛性固定。髄内ネジと破壊の安定化は、主に、軟骨とヒーリング大量カルス組織の特に骨折治癒の 2 週間後を示しています。カルス組織の大規模な量を収穫する可能性異なった技術によって複数のパラメーターの解析が可能。 にします。
ここでは、設計とその長所と短所、正常軟骨内骨の治癒に関する実験的研究だけでなく、マウスで髄内ねじの応用について報告する.

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

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

骨の治癒モデルは骨折臨床骨折治療を改善する治癒の複雑なメカニズムを分析する必要があります。過去 10 年間の間に整形外科研究マウス モデルの使用の増加を認め, 最もおそらくマウス モデルは、多数の遺伝子組み換え系統と骨折治癒の分子機構の解析のための特別な抗体を提供していますので。生体力学的条件を制御するためよく特徴付けられる骨接合技術がマウスでも、必須です。ここでは、マウスの大腿骨骨折を安定させるためにデザインと閉じた骨治癒モデルの使用について報告する.医療グレード ステンレス製髄内ネジ破壊圧縮による軸力と回転安定性の完全な欠如を示す主に使用される単純な髄内ピンと比較して軸と回転の安定性を提供します。髄内ネジにより安定性には、軟骨内の癒しの分析ができます。カルス、ねじによる安定化以降の大量では、生化学的・分子解析のための組織を収穫するための理想的な条件を提供しています。ネジの使用のそれ以上の利点は、ネジを軟部組織への損傷を引き起こすことがなく低侵襲技術と大腿骨に挿入できること事実です。結論としては、ネジでは、閉鎖骨折モデル標準化された生体力学的条件を提供を治癒が理想的に使われることができますユニークなインプラントです。

創傷閉鎖に皮膚切開から営業時間 20 分であった。ステレオ顕微鏡することがなく手術が行えます。術後、毎日動物を監視しました。動物のどれもこの期間後痛みの形跡が見られたために、術後鎮痛が 2 日後終了しました。動物は術後後 2 日以内通常荷重をまた示した。全体の観察期間中に創感染は認められなかった。
放射線解析カルス組織破壊の橋渡し (図 4 a) の明白な形成を示した 2 週間後。5 週間後、破壊が癒されましたと骨膜のカルスはほぼ完全に改造 (図 4 b)。
カルスと 2 週間後の断層破砕帯の組織学的解析は、軟骨内軟骨軟骨処理中に構築とヒーリングの典型的な組織分布を示した骨 (図 5 a) を不織布と。5 週間後に軟骨組織が姿を消したし、編まれた骨は、正常解剖を再構成するために層状骨と骨 (図 5 b) の耐荷特性に変換されました。
生体力学的解析後 2 週間に 37% 対側のフラクチャされていない骨と比較して曲げ剛性が示されています。5 週間後曲げ剛性はほぼ 100% の完全治癒 (図 6) を示すだった。
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/57255/57255fig1.jpg"> 図 1: インプラントします。A.髄内ネジ (直径 0.5 mm、長さ 17.2 mm)、円錐形の頭 (直径 0.8 mm、0.9 mm の長さ) 遠位と近位鼻 (直径 0.2 mm、0.4 mm 長さ) スレッド (直径 0.5 mm、4 mm)。B. (0.3/0.2 mm 径、長さ 10 cm) のガイド線。C. センタリング ドリル刃 (直径 0.5 mm)。D.手ドリル。<a href="//cloudflare-jove-com.bdigitaluss.remotexs.co/files/ftp_upload/57255/57255fig1large.jpg" target="_blank">この図の拡大版を表示するのにはここをクリックしてください</a>。
<img alt="Figure 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/57255/57255fig2.jpg"> 図 2: エントリを示す大腿骨顆の模式図は、髄内ネジのポイントします。大腿骨顆顆間ノッチを前後の表示 (左) と矢状ビュー (右)。十字架 (左) 髄内ネジのエントリ ポイント、(右) の矢印が掘削を開始する大腿骨軸に対して 45 ° オフセットを示します。<a href="//cloudflare-jove-com.bdigitaluss.remotexs.co/files/ftp_upload/57255/57255fig2large.jpg" target="_blank">この図の拡大版を表示するのにはここをクリックしてください</a>。
<img alt="Figure 3" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/57255/57255fig3.jpg"> 図 3: 横骨折と挿入したガイドワイヤー大腿骨レントゲン。レントゲン写真は、大腿骨 (矢印) とブリッジ骨折髄腔内ガイド ワイヤの骨幹部横骨折構成を示します。縮尺記号を表す 5 mm.<a href="//cloudflare-jove-com.bdigitaluss.remotexs.co/files/ftp_upload/57255/57255fig3large.jpg" target="_blank">この図の拡大版を表示するのにはここをクリックしてください</a>。
<img alt="Figure 4" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/57255/57255fig4.jpg"> 図 4: 骨の治癒の 2 と 5 週間後のレントゲン写真です。A.明らかなカルス形成を示す 2 週間後ネジで安定した大腿骨のレントゲン解析。B. 5 週間後ネジで安定したカルスの改造と破壊のほぼ完全な治癒を示す大腿骨レントゲン解析。縮尺記号を表す 5 mm.<a href="//cloudflare-jove-com.bdigitaluss.remotexs.co/files/ftp_upload/57255/57255fig4large.jpg" target="_blank">この図の拡大版を表示するのにはここをクリックしてください</a>。
<img alt="Figure 5" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/57255/57255fig5.jpg"> 図 5: 骨の治癒の 2 と 5 週間後組織学的セクション。A.大腿骨の軟骨内骨軟骨 (c) とカルス内の骨 (b) 組織の治癒の間に典型的な組織分布を示す 2 週間後にネジを使って安定化の組織学的解析。B. 5 週間後ネジで安定した層板骨にほぼ完全な改造を示す大腿骨の組織学的解析。ヒアリン方法に従って組織切片染色.スケール バーを表す 1000 μ m.<a href="//cloudflare-jove-com.bdigitaluss.remotexs.co/files/ftp_upload/57255/57255fig5large.jpg" target="_blank">この図の拡大版を表示するのにはここをクリックしてください</a>。
<img alt="Figure 6" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/57255/57255fig6.jpg"> 図 6: 生体力学的解析します。2 週間後に曲げ剛性の力学的解析 (白いバー、n = 9) と 5 週間 (黒いバー、n = 8)。曲げ剛性が対側非骨折大腿骨に % で与えられます。データは、平均 ± 標準誤差平均 (SEM) として与えられている * p < 2 週間対 0.05。正規分布 (コルモゴロフ-スミルノフ検定) と等しい分散 (F 検定) のための仮定を証明した後 Student´s t 検定を用いて 2 つの実験群間の比較を行った。<a href="//cloudflare-jove-com.bdigitaluss.remotexs.co/files/ftp_upload/57255/57255fig6large.jpg" target="_blank">この図の拡大版を表示するのにはここをクリックしてください</a>。

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

このプロトコルでは、大腿骨の骨折は、癒しのマウスにおける軟骨内骨を分析するための標準化された安定化髄内ねじを用いた低侵襲骨接合法について説明します。

癒しの標準化された生体力学的条件下でマウスの軟骨破壊を分析する低侵襲モデル

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

a-minimally-invasive-model-to-analyze-endochondral-fracture-healing

Universidad San Sebastian

Research

JoVE Journal

Medicine

8.2K ビュー.  Saarland University. このプロトコルでは、大腿骨の骨折は、癒しのマウスにおける軟骨内骨を分析するための標準化された安定化髄内ねじを用いた低侵襲骨接合法について説明します。

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

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.

マウスの簡単な重要なサイズの大腿欠陥モデル

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 ...

医学

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.

プレート骨接合によって安定化マウスにおけるセグメント別大腿臨界サイズ欠陥モデルの確立

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 ...

Real-time Visualization and Analysis of Chondrocyte Injury Due to Mechanical Loading in Fully Intact Murine Cartilage Explants

Homeostasis of articular cartilage depends on the viability of resident cells (chondrocytes). Unfortunately, mechanical trauma can induce widespread chondrocyte death, potentially leading to irreversible breakdown of the joint and the onset of osteoarthritis. Additionally, maintenance of chondrocyte viability is important in osteochondral graft procedures for optimal surgical outcomes. We present a method to assess the spatial extent of cell injury/death on the articular surface of intact murine synovial joints after application of controlled mechanical loads or impacts. This method can be used in comparative studies to investigate the effects of different mechanical loading regimens, different environmental conditions or genetic manipulations, as well as different stages of cartilage degeneration on short- and/or long-term vulnerability of in situ articular chondrocytes. The goal of the protocol introduced in the manuscript is to assess the spatial extent of cell injury/death on the articular surface of murine synovial joints. Importantly, this method enables testing on fully intact cartilage without compromising native boundary conditions. Moreover, it allows for real-time visualization of vitally stained articular chondrocytes and single image-based analysis of cell injury induced by application of controlled static and impact loading regimens. Our representative results demonstrate that in healthy cartilage explants, the spatial extent of cell injury depends sensitively on load magnitude and impact intensity. Our method can be easily adapted to investigate the effects of different mechanical loading regimens, different environmental conditions or different genetic manipulations on the mechanical vulnerability of in situ articular chondrocytes.

We present a method to assess the spatial extent of cell injury/death on the articular surface of intact murine joints after application of controlled mechanical loads or impacts. This method can be used to investigate how osteoarthritis, genetic factors and/or different loading regimens affect the vulnerability of in situ chondrocytes.

リアルタイム可視化と完全にそのままマウス軟骨外植片の機械的荷重により軟骨損傷の解析

Homeostasis of articular cartilage depends on the viability of resident cells (chondrocytes). Unfortunately, mechanical trauma can induce widespread ...

生物工学

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.

生体内で破壊カルス開発マウス大腿骨の骨、MRI 対応のデバイスを用いたマウスの骨治癒過程の評価

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.

整形外科術後の高次脳機能障害と組織再生を研究するマウス モデル

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

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.

マウスで閉じた大腿骨骨折の生成: 骨の治癒を研究するためのモデル

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

Standardized Histomorphometric Evaluation of Osteoarthritis in a Surgical Mouse Model

One of the most prevalent joint disorders in the United States, osteoarthritis (OA) is characterized by progressive degeneration of articular cartilage, primarily in the hip and knee joints, which results in significant impacts on patient mobility and quality of life. To date, there are no existing curative therapies for OA able to slow down or inhibit cartilage degeneration. Presently, there is an extensive body of ongoing research to understand OA pathology and discover novel therapeutic approaches or agents that can efficiently slow down, stop, or even reverse OA. Thus, it is crucial to have a quantitative and reproducible approach to accurately evaluate OA-associated pathological changes in the joint cartilage, synovium, and subchondral bone. Currently, OA severity and progression are primarily assessed using the Osteoarthritis Research Society International (OARSI) or Mankin scoring systems. In spite of the importance of these scoring systems, they are semiquantitative and can be influenced by user subjectivity. More importantly, they fail to accurately evaluate subtle, yet important, changes in the cartilage during the early disease states or early treatment phases. The protocol we describe here uses a computerized and semiautomated histomorphometric software system to establish a standardized, rigorous, and reproducible quantitative methodology for the evaluation of joint changes in OA. This protocol presents a powerful addition to the existing systems and allows for more efficient detection of pathological changes in the joint.

The current protocol establishes a rigorous and reproducible method for quantification of morphological joint changes that accompany osteoarthritis. Application of this protocol can be valuable in monitoring disease progression and evaluating therapeutic interventions in osteoarthritis.

外科用マウスモデルにおける変形性関節症の標準化組織形態評価

One of the most prevalent joint disorders in the United States, osteoarthritis (OA) is characterized by progressive degeneration of articular cartilage, ...

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.

安定化ピン付きマウス大腿骨の横骨折

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 ...

生物学

Establishing a Diaphyseal Femur Fracture Model in Mice

Bones have a significant regenerative capacity. However, fracture healing is a complex process, and depending on the severity of the lesions and the age and overall health status of the patient, failures can occur, leading to delayed union or nonunion. Due to the increasing number of fractures resulting from high-energy trauma and aging, the development of innovative therapeutic strategies to improve bone repair based on the combination of skeletal/mesenchymal stem/stromal cells and biomimetic biomaterials is urgently needed. To this end, the use of reliable animal models is fundamental to better understanding the key cellular and molecular mechanisms that determine the healing outcomes. Of all the models, the mouse is the preferred research model because it offers a wide variety of transgenic strains and reagents for experimental analysis. However, the establishment of fractures in mice may be technically challenging due to their small size. Therefore, this article aims to demonstrate the procedures for the surgical establishment of a diaphyseal femur fracture in mice, which is stabilized with an intramedullary wire and resembles the most common bone repair process, through cartilaginous callus formation.

This protocol describes a surgical procedure for the establishment of a diaphyseal fracture in the femur of mice, which is stabilized with an intramedullary wire, for fracture healing studies.

マウスにおける骨幹大腿骨骨折モデルの確立

Bones have a significant regenerative capacity. However, fracture healing is a complex process, and depending on the severity of the lesions and the age ...

<meta charset="utf8"></head><body>マウスの骨修復のための標準化された下顎骨折プロトコル

Less-Invasive Technique for Non-stabilized Mandibular Fracture in Mouse Models

Non-stabilized fractures can be made at mandibular sites in mice, thus making it possible to analyze bone repair using an endochondral ossification mode. To most accurately reflect this process in vivo, it is necessary to have a standardized protocol to avoid excessive bone loss and soft tissue damage, particularly at the mandibular site, an anatomical site characterized by minimal access. To our knowledge, we describe for the first time a less-invasive protocol of non-stabilized mandibular fracture in mice. Adult mice are anesthetized with isoflurane and receive a preoperative dose of buprenorphine by subcutaneous injection. A submandibular approach is performed, with a skin incision made along the inferior border of the mandible. The masseter muscle is elevated in a subperiosteal plane along the mandibular ramus with a periosteal elevator. A vertical and complete fracture of the ramus is performed from the basilar border to the coronoid notch (between condylar and coronoid processes), using a piezoelectric bone surgery device under saline serum irrigation at the basilar edge and scissors to complete the fracture of the mandibular ramus. The skin approach is closed by silk sutures. This detailed procedure for non-stabilized mandibular fractures offers an efficient procedure allowing minimal bone loss and soft tissue damage. This technique ensures successful and consistent results to accurately reflect the process of endochondral bone repair in mouse models.

<meta charset="utf8"></head><body>マウスモデルにおける非安定化下顎骨折に対する低侵襲技術

This protocol presents a comprehensive and efficient method for analyzing mandibular bone repair. We describe a reproducible technique for non-stabilized mandibular fracture in a mouse model, allowing analysis of the process of endochondral bone repair with minimal tissue damage and bone loss.

マウスモデルにおける非安定化下顎骨折に対する低侵襲技術

Non-stabilized fractures can be made at mandibular sites in mice, thus making it possible to analyze bone repair using an endochondral ossification mode. ...

癒しの標準化された生体力学的条件下でマウスの軟骨破壊を分析する低侵襲モデル

要約

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マウスの簡単な重要なサイズの大腿欠陥モデル

プレート骨接合によって安定化マウスにおけるセグメント別大腿臨界サイズ欠陥モデルの確立

リアルタイム可視化と完全にそのままマウス軟骨外植片の機械的荷重により軟骨損傷の解析

生体内で破壊カルス開発マウス大腿骨の骨、MRI 対応のデバイスを用いたマウスの骨治癒過程の評価

整形外科術後の高次脳機能障害と組織再生を研究するマウスモデル

マウスで閉じた大腿骨骨折の生成: 骨の治癒を研究するためのモデル

外科用マウスモデルにおける変形性関節症の標準化組織形態評価

安定化ピン付きマウス大腿骨の横骨折

マウスにおける骨幹大腿骨骨折モデルの確立

マウスモデルにおける非安定化下顎骨折に対する低侵襲技術

癒しの標準化された生体力学的条件下でマウスの軟骨破壊を分析する低侵襲モデル

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プレート骨接合によって安定化マウスにおけるセグメント別大腿臨界サイズ欠陥モデルの確立

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安定化ピン付きマウス大腿骨の横骨折

マウスにおける骨幹大腿骨骨折モデルの確立

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