Diese Arbeit wurde von der RISystem AG, Davos, Schweiz unterstützt.

Alle Verfahren wurden nach den Richtlinien der National Institutes of Health für den Einsatz von Versuchstieren durchgeführt und institutionellen Leitlinien (Forschungsdefizite Für Verbraucherschutz, Zentralstelle Amtstierärztlicher Dienst, Saarbrücken, gefolgt (Deutschland).
1. Vorbereitung von chirurgischen Instrumenten und Implantaten
<ol><li>Wählen Sie eine Skalpellklinge (Größe 15), einen kleinen Tupfer, feine Pinzette, 27 G Nadel, ein 5: 0-nicht resorbierbare Naht, Schere und einen Nadelhalter aus der mikrochirurgischen Instrument.</li>
	<li>Entpacken Sie die intramedulläre Schraube, den Führungsdraht (0,3/0,2 mm Durchmesser, 10 cm Länge), Zentrier-Bohrer (0,5 mm Durchmesser) und die Handbohrmaschine (Abbildung 1; siehe Tabelle of Materials). Hinweis: Die intramedulläre Schraube (0,5 mm Durchmesser, Länge 17,2 mm) besteht aus medizinischem Edelstahl für retrograde Implantation in den Oberschenkelknochen. Die Schraube hat einen proximalen Thread (0,5 mm Durchmesser, 4 mm Länge) mit einer Nase (0,2 mm Durchmesser, 0,4 mm Länge) an der Spitze und distalen kegelförmigen Kopf (0,8 mm Durchmesser, Länge 0,9 mm), Fraktur Kompression sowie axial- und Rotations-Stabilität zu erreichen.</li>
	<li>Setzen Sie der Implantate und alle chirurgischen Instrumente für eine desinfizierende Lösung (96 % igem Alkohol) für 5 min oder Sterilisieren Sie (Dampfsterilisation, 130 ° C, 25 min). Legen Sie nach Desinfektion oder Sterilisation die Instrumente auf einem Betrieb Tuch. Positionieren Sie das Betrieb Tuch direkt neben dem kleinen Tier OP-Tisch.</li>
</ol>(2) Tiere, Anästhesie und Analgesie
<ol><li>Wählen Sie die Belastung, Alter und Geschlecht der Mäuse nach der Studie-Frage, die angesprochen wird. Hinweis: Für diese Studie wurden 12 bis 14 Wochen alten männliche CD-1 Mäusen verwendet. Das entsprechende Körpergewicht die intramedulläre Schraube zu verwenden ist zwischen 25-35 g.</li>
	<li>Die Mäuse mit einer intraperitonealen Injektion von 15 mg/kg Xylazin und 75 mg/kg Ketamin zu betäuben. Bestätigen Sie die Anesthetization von Zehe Prise. Wenden Sie Auge Schmiermittel zum Schutz der Tiere Augen vor dem Austrocknen während der Narkose. Platzieren Sie nach Induktion der Anästhesie den Mauszeiger unter einem Heizkörper Wärme um die Körpertemperatur konstant zu halten. Während des Verfahrens wurden Tiere mit wiederholten Zehe Prise Sicherstellung eine geeignete Ebene der Narkose überwacht.</li>
	<li>Beantragen Sie Tramadol-Hydrochlorid in das Trinkwasser (1,0 mg/mL) Analgesie ab 1 Tag vor der Operation bis zum 3. Tag nach der Operation. Hinweis: Analgesie und Infektion Prävention sollte in Absprache mit den jeweiligen Richtlinien des Landes und der Institution wo sind die Experimente durchgeführt werden.</li>
</ol>(3) chirurgischen Eingriff und intramedulläre Schraube Implantation
<ol><li>Rasieren Sie vor der Operation das gesamte rechts Hinterbein und wenden Sie eine Enthaarungscreme an. Entfernen Sie nach 5 min die Creme und reinigen Sie das Bein mit Wasser zu. Wenden Sie dann eine Desinfektionslösung mit 96 % igem Alkohol. Betadine oder Chlorhexidin kann der Alkohol vollständig Asepsis sicherzustellen hinzugefügt werden.</li>
	<li>Platzieren Sie unter aseptischen Bedingungen den Mauszeiger in die Rückenlage auf dem kleinen Tier OP-Tisch. Beugen Sie das rechte Knie an einem anterioren Zugang zu den Kondylen des Knies zu ermöglichen. Führen Sie einen 5 mm mediale Parapatellar Schnitt am rechten Knie mit dem Skalpell-Messer.</li>
	<li>Das Patella Band vorsichtig mit dem Skalpell-Messer und den Tupfer zu mobilisieren. Dann, Verschieben der Kniescheibe seitlich mit den feinen Pinzette interkondylären Kerbe des Oberschenkelknochens aussetzen.</li>
	<li>Öffnen Sie die interkondylären Kerbe genau in der Mitte des Femur zwischen beiden Kondylen. Achten Sie darauf, nicht 1,0 mm in der Tiefe für die Bohrung.<ol>
<li>Start manuelle Bohren mit einer langsamen Geschwindigkeit und einem 45° Offset ventral, der Femur-Achse mit dem 0,5 mm Zentrierung Bohrer und Handbohrer (Abbildung 1 und D, Abbildung 2). Während des Bohrens kontinuierlich sinken Sie den Winkel 0° Offset (parallel mit der Knochen-Achse des Femur). Bei eine Tiefe von 1,0 mm erreichen Bohren zu stoppen.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Nach dem Öffnen des Knochens an der interkondylären Kerbe, setzen Sie die 27 G Nadel in den intramedullären Hohlraum über die ganze Länge des Oberschenkelknochens. Ries die intramedulläre Hohlraum des Oberschenkelknochens manuell durch Drehbewegungen der 27 G Nadel. Schieben Sie die Nadel nach vorne um zu die Kortikalis auf den Trochanter Major proximal zu perforieren.</li>
	<li>Entfernen Sie die 27 G Nadel und wenden Sie den Führungsdraht durch den distalen Teil des Oberschenkelknochens.<ol>
<li>Machen Sie einen Hautschnitt mit einem Skalpellklinge (Größe 15) proximal über den Führungsdraht und schieben Sie den Führungsdraht nach vorne, bis beide Enden des Führungsdrahtes außerhalb sind. Achten Sie darauf, den Führungsdraht in Position zu halten.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Erstellen einer definierten geschlossene Fraktur mit der Guillotine.<ol>
<li>Platzieren Sie den Mauszeiger in Seitenlage mit dem rechten Bein unter die Guillotine. Stellen Sie sicher, dass die Diaphysen Teil des Oberschenkelknochens in der Mitte der Guillotine platziert wird.</li>
		<li>Ziehen Sie das Gewicht (200 g) aus den definierten Abstand von 25,5 cm.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Die Konfiguration der Fraktur und Fraktur Position sowie die Position des Führungsdrahtes (Abbildung 3) mit dem Röntgengerät zu kontrollieren (siehe Tabelle der Materialien).</li>
	<li>Schließen Sie die intramedulläre Schraube mit der Nase am distalen Ende um 0,2 mm Führungsdraht und stecken Sie ihn in das Femur unter ständigem Druck und Drehung im Uhrzeigersinn.<ol>
<li>Scher der Antriebswelle wenn genügend Drehmoment erreicht wird.</li>
		<li>Entfernen Sie den Führungsdraht proximal.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Positionieren Sie die Patella und befestigen Sie Patellasehne zu den Muskeln mit einer einzigen Naht mit einem 5: 0 Synthetik, Monofile, nonabsorbable Polypropylen Naht. Verwenden Sie einzelne Fäden aus dem selben Material und Größe, um die Wunde zu schließen. Die Reduzierung der Fragmente und der Schneckenposition radiologisch mit dem Röntgengerät zu kontrollieren (siehe Tabelle der Materialien).</li>
	<li>Halten Sie die Tiere unter der Hitze-Heizkörper, bis sie aus der Narkose zu erholen. Nicht unbeaufsichtigt lassen die Tiere bis sie ausreichend aufwachte haben um ventrale liegen zu erhalten. Die Tiere in einzelne Käfige in der Tierstation zurück. Nicht zurück die Tiere an die Gesellschaft anderer Tiere während der ersten 24 h, auch wenn sie aus der Narkose vollständig erholt haben.</li>
	<li>Verfolgen Sie die Tiere sorgfältig jeden Tag. Postoperative Analgesie mit Tramadol-Hydrochlorid in das Trinkwasser mit einer Dosierung von 1,0 mg/mL in den ersten drei Tagen zu erhalten. Weiter Analgesie, wenn am 4. Tag nach der Operation, die Tiere immer noch Schmerzen, Beweis durch Vokalisierung, Unruhe, mangelnde Mobilität, scheitern zu pflegen, abnorme Körperhaltung und Mangel an normale Zinsen in einer Umgebung. Analgesie zu kündigen, wenn die Tiere sind schmerzfrei.</li>
	<li>Am Ende des Experiments einschläfern des Tieres durch eine Überdosierung von Barbituraten.</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. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Production+of+a+standard+closed+fracture+in+laboratory+animal+bone.">Production of a standard closed fracture in laboratory animal bone.</a> J Orthop Res. 2 (1), 97-101 (1984).</li><li>Holstein, J. H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Development+of+a+stable+closed+femoral+fracture+model+in+mice.">Development of a stable closed femoral fracture model in mice.</a> J Surg Res. 153 (1), 71-75 (2009).</li><li>Histing, T., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Ex+vivo+analysis+of+rotational+stiffness+of+different+osteosynthesis+techniques+in+mouse+femur+fracture.">Ex vivo analysis of rotational stiffness of different osteosynthesis techniques in mouse femur fracture.</a> J Orthop Res. 27 (9), 1152-1156 (2009).</li><li>Claes, L., Augat, P., Suger, G., Wilke, H. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Influence+of+size+and+stability+of+the+osteotomy+gap+on+the+success+of+fracture+healing.">Influence of size and stability of the osteotomy gap on the success of fracture healing.</a> J Orthop Res. 15 (4), 577-584 (1997).</li><li>Histing, T., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Characterization+of+the+healing+process+in+non-stabilized+and+stabilized+femur+fractures+in+mice.">Characterization of the healing process in non-stabilized and stabilized femur fractures in mice.</a> Arch Orthop Trauma Surg. 136 (2), 203-211 (2016).</li><li>Thompson, Z., Miclau, T., Hu, D., Helms, J. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+model+for+intramembranous+ossification+during+fracture+healing.">A model for intramembranous ossification during fracture healing.</a> J Orthop Res. 20 (5), 1091-1098 (2002).</li><li>Cheung, K. M., Kaluarachi, K., Andrew, G., Lu, W., Chan, D., Cheah, K. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=An+externally+fixed+femoral+fracture+model+for+mice.">An externally fixed femoral fracture model for mice.</a> J Orthop Res. 21 (4), 685-690 (2003).</li><li>Garcia, P., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+new+technique+for+internal+fixation+of+femoral+fractures+in+mice:+impact+of+stability+on+fracture+healing.">A new technique for internal fixation of femoral fractures in mice: impact of stability on fracture healing.</a> J Biomech. 41 (8), 1689-1696 (2008).</li><li>Histing, T., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=An+internal+locking+plate+to+study+intramembranous+bone+healing+in+a+mouse+femur+fracture+model.">An internal locking plate to study intramembranous bone healing in a mouse femur fracture model.</a> J Orthop Res. 28 (3), 397-402 (2010).</li><li>Garcia, P., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+LockingMouseNail-a+new+implant+for+standardized+stable+osteosynthesis+in+mice.">The LockingMouseNail-a new implant for standardized stable osteosynthesis in mice.</a> J Surg Res. 169 (2), 220-226 (2011).</li><li>Histing, T., Klein, M., Stieger, A., Stenger, D., Steck, R., Matthys, R., Holstein, J. H., Garcia, P., Pohlemann, T., Menger, M. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+new+model+to+analyze+metaphyseal+bone+healing+in+mice.">A new model to analyze metaphyseal bone healing in mice.</a> J Surg Res. 178 (2), 715-721 (2012).</li><li>Histing, T., Menger, M. D., Pohlemann, T., Matthys, R., Fritz, T., Garcia, P., Klein, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=An+Intramedullary+Locking+Nail+for+Standardized+Fixation+of+Femur+Osteotomies+to+Analyze+Normal+and+Defective+Bone+Healing+in+Mice.">An Intramedullary Locking Nail for Standardized Fixation of Femur Osteotomies to Analyze Normal and Defective Bone Healing in Mice.</a> J Vis Exp. (117), (2016).</li><li>Hiltunen, A., Vuorio, E., Aro, H. T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+standardized+experimental+fracture+in+the+mouse+tibia.">A standardized experimental fracture in the mouse tibia.</a> J Orthop Res. 11 (2), 305-312 (1993).</li><li>Manigrasso, M. B., O'Connor, J. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Characterization+of+a+closed+femur+fracture+model+in+mice.">Characterization of a closed femur fracture model in mice.</a> J Orthop Trauma. 18 (10), 687-695 (2004).</li><li>Holstein, J. H., Menger, M. D., Culemann, U., Meier, C., Pohlemann, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Development+of+a+locking+femur+nail+for+mice.">Development of a locking femur nail for mice.</a> J Biomech. 40 (1), 215-219 (2007).</li><li>Claes, L. E., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Effects+of+mechanical+factors+on+the+fracture+healing+process.">Effects of mechanical factors on the fracture healing process.</a> Clin Orthop Relat Res. 355 Suppl, S132-S147 (1998).</li></ol>

Die Autoren erklären, dass sie keine finanziellen Interessenkonflikte.

Wichtige Schritte des chirurgischen Eingriffs, den richtige Einstiegspunkt für die Implantation der Schraube in der Mitte des Femur Kondylen an der interkondylären Kerbe sowie die optimale Ausrichtung der Nadel parallel zur Achse für das Reiben von Knochen zu finden sind die intramedulläre Hohlraum. Um eine falsche Eingabe-Position zu vermeiden, sollte der Chirurg die Kerbe vorbereiten, bis eine optimale Sicht erreicht ist. Um die Orientierung beim reiben zu kontrollieren, sollte das Femur der Mäuse mit den Fingern in einer stabilen Position gehalten werden. Ein weiterer wichtiger Schritt ist das Einfügen der Schraube in das Femur über den Führungsdraht, weil der Führungsdraht aus der proximalen Knochenstück, was zu einer Fraktur Dislokation rutschen kann. In diesem Fall der Chirurg kann versuchen, die Knochenfragmente wieder thread aber dieses Manöver ist meist nicht erfolgreich, und die Tiere müssen dann aus der Studie ausgeschlossen werden.
Darüber hinaus kann der chirurgische Eingriff einige Komplikationen entwickeln. Beispielsweise kann die Patella Bänder, die seitlich verschoben wird, um eine optimale Sicht auf die Kondylen zu erhalten, brechen. Dies erfordert eine Naht der das Ligament nach Schraube einsetzen. Beim Öffnen der Knochen an den Kondylen und reiben die intramedulläre Hohlraum, bersten die Kondylen. In diesem Fall gibt es keine Möglichkeit der Fehlerbehebung, weil die Schraube nicht angemessen am distalen Ende fixiert werden und die Kompression der Fraktur wird nicht erreicht. Eine weitere Komplikation ist die Versetzung der eingefügten Führungsdraht oder eine falsche Position aus den Knochen. Diese Komplikation kann durch Behandlung mit Vorsicht und radiologische Analyse nach dem Einlegen auf die richtige Platzierung während der Operation zu bestätigen reduziert werden. Darüber hinaus der Chirurg sollte darauf achten, dass die Schraube ist vollständig eingesetzt, weil eine Vorwölbung der Schraube die Bewegungsfreiheit der Maus Schränken oder die Fraktur Kompression reduzieren kann. Daher ist ein Röntgengerät obligatorisch für den chirurgischen Eingriff. Nur Tiere nach radiologische Bestätigung am Ende der Operation sollte in das Studienprotokoll aufgenommen werden.
Entfernung der intramedullären Schraube am Ende des Experiments kann ohne Schwierigkeiten, durchgeführt werden, weil der Kopf der Schraube an eine spezielle Entfernung Instrument angeschlossen werden kann oder alternativ die Schraube mit den Nadelhalter auch entfernt werden kann.
Eine Einschränkung der Technik ist, dass die intramedulläre Schraube durch das Unternehmen nur in einer Größe mit einer definierten Länge von 17,2 mm erfolgt und somit die Größe des Oberschenkelknochens berücksichtigt werden. Eine weitere Einschränkung auf die Verwendung der intramedullären Schraube ist, dass in Vivo Mikro Tomographie-(CT berechnet) oder Magnetresonanztomographie (MRT) Analysen des Heilungsprozesses sind fast unmöglich, durch das Implantat-Material, das welches das Bild auswirkt Qualität. Daher können diese Analysen nur nach Sterbehilfe und Entfernung des Implantats am Ende des Untersuchungszeitraumes durchgeführt werden. Schließlich kann nicht die Schraube zum analysieren Knochenheilung defekt, weil die axiale Stabilität durch die Kompression der Knochenfragmente durch den proximalen Thread und der distalen Spitze erreicht wird.
Knochen Heilung Studien verwenden entweder offen8,9,10,11,12,13,14 oder geschlossen4,15, 16,17 Knochenheilung Modelle. Offenen Knochenmodelle Heilung ermöglichen eine starre Fixierung der Fragmente, die im Vergleich zu geschlossenen Knochenheilung Modelle, wodurch eine höhere Menge an intramembranous Heilung ohne eine ausgeprägte Kallus-Bildung. Da offene Modelle mit wenig Kallus-Bildung verbunden sind, können diese Modelle nicht in Experimenten bevorzugt, die größere Mengen von Kallus Gewebe für biochemische und molekulare Analysen benötigen. Ein weiterer Nachteil der offenen Modelle ist die Notwendigkeit für eine invasive seitlichen Ansatz mit einem großen Weichgewebe-Trauma. Im Gegensatz dazu erfordert die Verwendung von ein geschlossenes Modell nur einer kleine weniger invasive Einschnitt. Bis jetzt gibt es nur ein paar geschlossene Modelle in Mäusen2.
In geschlossenen Knochenheilung Modelle wird meist eine einfache intramedullären Pin verwendet. Diese Technik hat jedoch deutliche Nachteile. Vor allem das Fehlen von axial- und Rotations-Stabilität. Dadurch können in einem heterogenen heilende Antwort5. Dieser Nachteil ist zwar bekannt, experimentelle Ergebnisse18zu beeinflussen, verwenden neuere Studien, die die Mechanismen der Knochenheilung analysieren wollen, noch murinen Modelle, in denen die Fraktur stabilisiert sich nur mit einem Stift oder bleibt auch nicht stabilisierten7 . Wir fühlen, dass stabile Osteosynthese-Techniken, vergleichbar mit denen in der klinischen Praxis auch bei Mäusen verwendet werden soll. Um axial- und Rotations-Stabilität zu erreichen, wurde die intramedulläre Schraube von einem distalen Kopf und einem proximalen Thread entwickelt die Fraktur Kompression induziert. Von Interesse die Anwendung der intramedullären Schraube erzeugt keine starre Fixierung, und somit die Torsionssteifigkeit der gebrochenen Oberschenkelknochen stabilisiert mit der intramedullären Schraube ist deutlich geringer im Vergleich zu der gebrochenen Oberschenkelknochen durch einen Fixateur externe oder eine Verriegelung Platte5stabilisiert. Eine weniger starre Fixierung ist jedoch erforderlich, um zu studieren Endochondral Knochenheilung, weil nur eine weniger starre Fixierung ermöglicht Micromovements von Knochenfragmenten, die den Heilungsprozess Endochondral provozieren. Dennoch, wie in einem früheren ex-Vivo-Studie gezeigt, produziert die intramedulläre Schraube eine deutliche axial- und Rotations-Stabilität. Biomechanische Analysen ergaben, dass die intramedulläre Schraube eine Torsionssteifigkeit von 0.34 ± 0,18 erreicht Nmm / °, die deutlich höher ist im Vergleich zu, die mit einem herkömmlichen Stift erreicht (± 0,00 0,00 Nmm / °)5. Somit ist die intramedulläre Schraube hier vorgestellten das einzige Implantat in einer minimal-invasiven Technik verwendet werden kann und vorsehen, dass standardisierte biomechanische Bedingungen für die Studie Endochondral Frakturheilung bei Mäusen.

Knochen Heilung Studien an Mäusen sind in der großen Nachfrage wegen ein breites Spektrum von Antikörpern und gentechnisch veränderte Tiere. Diese Tatsachen lassen um die molekularen Mechanismen der Knochenheilung1zu studieren. In den letzten Jahren entwickelt verschiedene Knochenheilung Modelle für Mäuse wurden2. Diese Modelle können in offene Modelle, in die Knochen osteotomized ist mit einem offenen seitlichen chirurgischen Ansatz und geschlossene Modelle, in denen der Knochen gebrochen ist, basierend auf dem Bruch-Modell von Bonnares und Einhorn3eingeführt unterteilt werden. Mit diesem Verfahren eine standardisierte Quere Fraktur kann durch ein 3-Punkt-Biegung-Gerät erzeugt werden und intramedulläre Implantate eingesetzt werden, durch einen kleinen medialen Parapatellar Schnitt in einer minimal-invasiven Technik einen großen weichen Gewebetrauma zu vermeiden.
Die intramedulläre Schraube kann für geschlossene Fraktur Stabilisierung bei Mäusen angewendet werden. Die Schnecke bietet Rotations- und axiale Stabilität. Dies wird durch die Kompression der Fraktur durch einen proximalen Thread und eine distale Kopf4erreicht. Weitere Vorteile der Schraube sind der einfache Operationstechnik, niedrige Grad der Invasivität, die niedrige Implantat-Gewicht und vor allem eine höhere Stabilität, die Bereitstellung von standardisierten und kontrollierter biomechanischer Bedingungen im Vergleich zu anderen intramedulläre 5-Implantate. In der Tat in den meisten geschlossenen Fraktur-Modellen, die Fragmente sind nur durch einfache Pins, die einen völligen Mangel an Rotations- und axiale Stabilität und ein hohes Risiko für Pin zugeordnet ist stabilisiert und auch Fraktur Dislokation. Dies kann deutlich den Heilungsprozess beeinflussen die verzögerte Heilung oder Pseudarthrose Bildung führen können.
Es ist bekannt, dass die Stabilität der Frakturfixation einen enormen Einfluss auf die heilenden Prozess6,7 hat. Eine hohe starre Fixierung führen intramembranous Heilung, während eine weniger starre Fixierung, die Micromovements in den Frakturspalt ermöglichen kann, im Endochondral Heilung ergeben. Stabilisierung der Fraktur mit der intramedullären Schraube zeigt überwiegend eine Endochondral Heilung mit einer großen Menge von Kallus Gewebe, besonders nach 2 Wochen der Frakturheilung. Die Möglichkeit, eine große Menge von Kallus Gewebe zu ernten ermöglicht die Analyse von mehreren Parametern durch verschiedene Techniken.
Hier berichten wir über die Gestaltung und Anwendung der intramedullären Schraube bei Mäusen, sowie auf ihre vor- und Nachteile in experimentellen Studien über normale Endochondral Knochenheilung.

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

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

Heilende Knochenmodelle sind notwendig, um die komplexen Mechanismen der Frakturheilung zur Verbesserung der klinischen Frakturbehandlung analysieren. Während des letzten Jahrzehnts wurde ein vermehrter Einsatz von Mausmodellen in der orthopädischen Forschung festgestellt, wahrscheinlich weil Maus-Modelle eine große Anzahl von genetisch veränderten Stämmen und spezielle Antikörper für die Analyse der molekularen Mechanismen der Frakturheilung bieten. Um die biomechanischen Bedingungen zu steuern, sind gut charakterisierten Osteosynthese-Techniken obligatorisch, auch bei Mäusen. Hier berichten wir über die Gestaltung und Nutzung von einem geschlossenen Knochenheilung Modell Femur-Frakturen bei Mäusen zu stabilisieren. Die intramedulläre Schraube, medizinischem Edelstahl bietet durch Bruch Kompression eine axiale und rotatorische Stabilität im Vergleich zu der am meisten verwendete einfache intramedulläre Pins, die einen völligen Mangel an axial- und Rotations-Stabilität zeigen. Die Stabilität erreicht, indem die intramedulläre Schraube ermöglicht die Analyse der Endochondral Heilung. Eine große Menge von Kallus Gewebe, erhielt nach der Stabilisierung mit der Schraube, bietet ideale Bedingungen zum Gewebe für biochemische und molekulare Analysen zu ernten. Ein weiterer Vorteil der Verwendung der Schraube ist die Tatsache, dass die Schraube in das Femur mit einer minimal-invasiven Technik eingefügt werden kann, ohne Schäden an den Weichteilen. Zusammenfassend ist die Schraube ein einzigartiges Implantat, die ideal einsetzbar in geschlossenen Frakturheilung Modelle bieten standardisierte biomechanische Bedingungen.

Die Betriebszeit von Hautschnitt Verschluss aufgezogen war 20 min. Die Operation kann ohne ein Stereo-Mikroskop durchgeführt werden. Postoperativ wurden die Tiere täglich überwacht. Postoperative Analgesie wurde nach 2 Tagen abgebrochen, da keines der Tiere Beweis der Schmerz nach dieser Zeit zeigte. Die Tiere zeigten auch normale Belastung innerhalb von 2 Tagen nach der Operation. Wundinfektionen wurden nicht während des gesamten Beobachtungszeitraums beobachtet.
Radiologische Untersuchungen nach 2 Wochen eine offensichtliche Bildung von Kallus Gewebe die Fraktur Lücke (Abb. 4A) zeigte. Nach 5 Wochen war der Bruch geheilt, und die periostalen Kallus fast vollständig umgebaut wurde (Abbildung 4 b).
Histologische Analysen der Hornhaut und der Bruchzone nach 2 Wochen zeigten typische Gewebeverteilung von Endochondral Heilung mit Knorpelgewebe gebaut während des Chondrogenic-Prozesses und gewebt Knochen (Abb. 5A). Nach 5 Wochen das Knorpelgewebe verschwunden, und die gesponnene Knochen umgebaut lamellarer Knochen um die normale anatomische rekonstruieren und tragende Eigenschaften des Knochens (Abb. 5 b).
Biomechanische Analysen nach 2 Wochen eine Biegesteifigkeit von 37 % im Vergleich zu den kontralateralen ungebrochener Knochen angegeben. Nach 5 Wochen war die Biegesteifigkeit fast 100 % vollständige Heilung (Abbildung 6) angibt.
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/57255/57255fig1.jpg"> Abbildung 1: Implantate. A. die intramedulläre Schraube (0,5 mm Durchmesser, 17,2 mm Länge) mit Gewinde (0,5 mm Durchmesser, 4 mm Länge) und die Nase (0,2 mm Durchmesser, 0,4 mm Länge) proximal und einen kegelförmigen Kopf (0,8 mm Durchmesser, Länge 0,9 mm) distal. B. Führungsdraht (0,3/0,2 mm Durchmesser, 10 cm Länge). C. die Zentrierung Bohrer (0,5 mm Durchmesser). D. die Handbohrmaschine. <a href="//cloudflare-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/57255/57255fig1large.jpg" target="_blank">Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.</a>
<img alt="Figure 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/57255/57255fig2.jpg"> Abbildung 2: schematische Zeichnung der die Oberschenkel-Kondylen zeigt den Eintrag Punkt für die intramedulläre Schraube. Oberschenkel-Kondylen mit der interkondylären Kerbe im anterior-posterioren anzeigen (links) und sagittaler Ansicht (rechts). Das Kreuz (links) zeigt den Einstiegspunkt für die intramedulläre Schraube, der Pfeil (rechts) zeigt den 45° Versatz, der Femur-Achse, anfangen zu bohren. <a href="//cloudflare-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/57255/57255fig2large.jpg" target="_blank">Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.</a>
<img alt="Figure 3" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/57255/57255fig3.jpg"> Abb. 3: Röntgenbild des Oberschenkelknochens mit einem quer-Bruch und die eingefügten Führungsdraht. Röntgenbild zeigt die Konfiguration und quer Fraktur in der Diaphysen Teil des Oberschenkelknochens (Pfeil) und der Führungsdraht in den intramedullären Hohlraum Überbrückung der Fraktur. Maßstabsleisten repräsentieren 5 mm. <a href="//cloudflare-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/57255/57255fig3large.jpg" target="_blank">Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.</a>
<img alt="Figure 4" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/57255/57255fig4.jpg"> Abbildung 4: Röntgenaufnahmen nach 2 bis 5 Wochen der Knochenheilung. A. radiographische Analyse ein Oberschenkelknochen stabilisiert mit der Schraube nach 2 Wochen zeigen offensichtliche Kallus-Bildung. B. radiologische Analyse ein Oberschenkelknochen stabilisiert mit der Schraube nach 5 Wochen demonstrieren, nahezu vollständige Heilung des Bruchs mit dem Umbau der Kallus. Maßstabsleisten repräsentieren 5 mm. <a href="//cloudflare-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/57255/57255fig4large.jpg" target="_blank">Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.</a>
<img alt="Figure 5" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/57255/57255fig5.jpg"> Abbildung 5: histologische Abschnitte nach 2 bis 5 Wochen der Knochenheilung. A. histologische Analyse ein Oberschenkelknochen stabilisiert mit der Schraube nach 2 Wochen zeigen die typischen Gewebeverteilung während Endochondral Knochenheilung mit (c) Knorpel- und Knochengewebe (b) innerhalb der Kallus. B. histologische Analyse ein Oberschenkelknochen mit der Schraube nach 5 Wochen demonstrieren die fast vollständige Umgestaltung lamellarer Knochen stabilisiert. Die histologischen Abschnitte waren nach der trichrome Methode befleckt. Maßstabsleisten repräsentieren 1000 µm. <a href="//cloudflare-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/57255/57255fig5large.jpg" target="_blank">Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.</a>
<img alt="Figure 6" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/57255/57255fig6.jpg"> Abbildung 6: biomechanische Analyse. Biomechanische Analyse der Biegesteifigkeit nach 2 Wochen (weißer Balken, n = 9) und 5 Wochen (schwarzer Balken, n = 8). Biegesteifigkeit wird in Prozent in den kontralateralen nicht gebrochenen Oberschenkelknochen angegeben. Daten sind als Mittelwert ± Standardfehler des Mittelwertes (SEM), gegeben * p < 0,05 vs. 2 Wochen. Nach Nachweis der Annahme für Normalverteilung (Kolmogorov-Smirnov-Test) und gleicher Varianz (F-Test), war der Vergleich zwischen den beiden experimentellen Gruppen mit Student t-Test durchgeführt. <a href="//cloudflare-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/57255/57255fig6large.jpg" target="_blank">Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.</a>

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

Dieses Protokoll beschreibt eine minimal-invasive Osteosynthese-Technik mit einem intramedullären Schraube für standardisierte Stabilisierung des Femur-Frakturen, die zum Analysieren der Endochondral Knochenheilung bei Mäusen.

Eine Minimal-Invasive Modell Endochondral Frakturheilung bei Mäusen unter standardisierten Bedingungen biomechanische Analyse

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

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Nanyang Technological University

Research

JoVE Journal

Medicine

8.2K Aufrufe.  Saarland University. Dieses Protokoll beschreibt eine minimal-invasive Osteosynthese-Technik mit einem intramedullären Schraube für standardisierte Stabilisierung des Femur-Frakturen, die zum Analysieren der Endochondral Knochenheilung bei Mäusen.

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

Murine Model of Wound Healing

Wound healing and repair are the most complex biological processes that occur in human life. After injury, multiple biological pathways become activated. Impaired wound healing, which occurs in diabetic patients for example, can lead to severe unfavorable outcomes such as amputation. There is, therefore, an increasing impetus to develop novel agents that promote wound repair. The testing of these has been limited to large animal models such as swine, which are often impractical. Mice represent the ideal preclinical model, as they are economical and amenable to genetic manipulation, which allows for mechanistic investigation. However, wound healing in a mouse is fundamentally different to that of humans as it primarily occurs via contraction. Our murine model overcomes this by incorporating a splint around the wound. By splinting the wound, the repair process is then dependent on epithelialization, cellular proliferation and angiogenesis, which closely mirror the biological processes of human wound healing. Whilst requiring consistency and care, this murine model does not involve complicated surgical techniques and allows for the robust testing of promising agents that may, for example, promote angiogenesis or inhibit inflammation. Furthermore, each mouse acts as its own control as two wounds are prepared, enabling the application of both the test compound and the vehicle control on the same animal. In conclusion, we demonstrate a practical, easy-to-learn, and robust model of wound healing, which is comparable to that of humans.

A murine model of cutaneous wound healing that can be used to assess therapeutic compounds in physiological and pathophysiological settings.

Mausmodell der Wundheilung

Wound healing and repair are the most complex biological processes that occur in human life. After injury, multiple biological pathways become activated. ...

Forschung

Medizin

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

The photothrombotic stroke model aims to induce an ischemic damage within a given cortical area by means of photo-activation of a previously injected light-sensitive dye. Following illumination, the dye is activated and produces singlet oxygen that damages components of endothelial cell membranes, with subsequent platelet aggregation and thrombi formation, which eventually determines the interruption of local blood flow. This approach, initially proposed by Rosenblum and El-Sabban in 1977, was later improved by Watson in 1985 in rat brain and set the basis of the current model. Also, the increased availability of transgenic mouse lines further contributed to raise the interest on the photothrombosis model. Briefly, a photosensitive dye (Rose Bengal) is injected intraperitoneally and enters the blood stream. When illuminated by a cold light source, the dye becomes activated and induces endothelial damage with platelet activation and thrombosis, resulting in local blood flow interruption. The light source can be applied on the intact skull with no need of craniotomy, which allows targeting of any cortical area of interest in a reproducible and non-invasive way. The mouse is then sutured and allowed to wake up. The evaluation of ischemic damage can be quickly accomplished by triphenyl-tetrazolium chloride or cresyl violet staining. This technique produces infarction of small size and well-delimited boundaries, which is highly advantageous for precise cell characterization or functional studies. Furthermore, it is particularly suitable for studying cellular and molecular responses underlying brain plasticity in transgenic mice.

Photothrombosis is a quick, minimally-invasive technique for inducing small and well-delimited infarction in areas of interest in highly reproducible manner. It is particularly suitable for studying cellular and molecular responses underlying brain plasticity in transgenic mice.

Photothrombotic Ischämie: eine minimal-invasive und reproduzierbare photochemische kortikale Läsion Modell für Mouse Stroke Studies

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

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

The tibial nerve transection model is a well-tolerated, validated, and reproducible model of denervation-induced skeletal muscle atrophy in rodents. Although originally developed and used extensively in the rat due to its larger size, the tibial nerve in mice is big enough that it can be easily manipulated with either crush or transection, leaving the peroneal and sural nerve branches of the sciatic nerve intact and thereby preserving their target muscles. Thus, this model offers the advantages of inducing less morbidity and impediment of ambulation than the sciatic nerve transection model and also allows investigators to study the physiologic, cellular and molecular biologic mechanisms regulating the process of muscle atrophy in genetically engineered mice. The tibial nerve supplies the gastrocnemius, soleus and plantaris muscles, so its transection permits the study of denervated skeletal muscle composed of fast twitch type II fibers and/or slow twitch type I fibers. Here we demonstrate the tibial nerve transection model in the C57Black6 mouse. We assess the atrophy of the gastrocnemius muscle, as a representative muscle, at 1, 2, and 4 weeks post-denervation by measuring muscle weights and fiber type specific cross-sectional area on paraffin-embedded histologic sections immunostained for fast twitch myosin.

The tibial nerve transection model is a well-tolerated, validated, and reproducible model of skeletal muscle atrophy. The model surgical protocol is described and demonstrated in C57Black6 mice. &#160;

Tibialisnerv Durchtrennung - ein standardisiertes Modell für Denervation-induzierte Skelettmuskelatrophie in Mice

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

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

Bone healing models are essential to the development of new therapeutic strategies for clinical fracture treatment. Furthermore, mouse models are becoming more commonly used in trauma research. They offer a large number of mutant strains and antibodies for the analysis of the molecular mechanisms behind the highly differentiated process of bone healing. To control the biomechanical environment, standardized and well-characterized osteosynthesis techniques are mandatory in mice. Here, we report on the design and use of an intramedullary nail to stabilize open femur osteotomies in mice. The nail, made of medical-grade stainless steel, provides high axial and rotational stiffness. The implant further allows the creation of defined, constant osteotomy gap sizes from 0.00 mm to 2.00 mm. Intramedullary locking nail stabilization of femur osteotomies with gap sizes of 0.00 mm and 0.25 mm result in adequate bone healing through endochondral and intramembranous ossification. Stabilization of femur osteotomies with a gap size of 2.00 mm results in atrophic non-union. Thus, the intramedullary locking nail can be used in healing and non-healing models. A further advantage of the use of the nail compared to other open bone healing models is the possibility to adequately fix bone substitutes and scaffolds in order to study the process of osseous integration. A disadvantage of the use of the intramedullary nail is the more invasive surgical procedure, inherent to all open procedures compared to closed models. A further disadvantage may be the induction of some damage to the intramedullary cavity, inherent to all intramedullary stabilization techniques compared to extramedullary stabilization procedures.

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.

Eine intramedulläre Verriegelungsnagel für Standardisierte Fixierung von Femur Osteotomien zur Analyse von normalen und Defekte Knochenheilung bei Mäusen

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

Minimally Invasive Transverse Aortic Constriction in Mice

Minimally invasive transverse aortic constriction (MTAC) is a more desirable method for the constriction of the transverse aorta in mice than standard open-chest transverse aortic constriction (TAC). Although transverse aortic constriction is a highly functional method for the induction of high pressure in the left ventricle, it is a more difficult and lengthy procedure due to its use of artificial ventilation with tracheal intubation. TAC is oftentimes also less survivable, as the newer method, MTAC, neither requires the cutting of the ribs and intercostal muscles nor tracheal intubation with a ventilation setup. In MTAC, as opposed to a thoracotomy to access to the chest cavity, the aortic arch is reached through a midline incision in the anterior neck. The thyroid is pulled back to reveal the sternal notch. The sternum is subsequently cut down to the second rib level, and the aortic arch is reached simply by separating the connective tissues and thymus. From there, a suture can be wrapped around the arch and tied with a spacer, and then the sternal cut and skin can be closed. MTAC is a much faster and less invasive way to induce left ventricular hypertension and enables the possibility for high-throughput studies. The success of the constriction can be verified using high-frequency trans-thoracic echocardiography, particularly color Doppler and pulsed-wave Doppler, to determine the flow velocities of the aortic arch and left and right carotid arteries, the dimension of the blood vessels, and the left ventricular function and morphology. A successful constriction will also trigger significant histopathological changes, such as cardiac muscle cell hypertrophy with interstitial and perivascular fibrosis. Here, the procedure of MTAC is described, demonstrating how the resulting flow changes in the carotid arteries can be examined with echocardiography, gross morphology, and histopathological changes in the heart.

Minimally invasive transverse aortic constriction (MTAC) conserves the essentials of regular transverse aortic constriction (TAC) while eliminating the use of a ventilator with tracheal intubation. It proves to be a highly desirable method for high-throughput studies on left ventricular overload, particularly in translational studies.

Minimal Invasive Quer Aortakonstriktion bei Mäusen

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

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

Skeletal muscle possesses regenerative capacity due to tissue-resident, muscle-fiber-generating (myogenic) satellite cells (SCs), which can form new muscle fibers under the right conditions. Although SCs can be harvested from muscle tissue and cultured in vitro, the resulting myoblast cells are not very effective in promoting myogenesis when transplanted into host muscle. Surgically exposing the host muscle and grafting segments of donor muscle tissue, or the isolated muscle fibers with their SCs onto host muscle, promotes better myogenesis compared to myoblast transplantation. We have developed a novel technique that we call Minimally Invasive Muscle Embedding (MIME). MIME involves passing a surgical needle through the host muscle, drawing a piece of donor muscle tissue through the needle track, and then leaving the donor tissue embedded in the host muscle so that it may act as a source of SCs for the host muscle. Here we describe in detail the steps involved in performing MIME in an immunodeficient mouse model that expresses a green fluorescent protein (GFP) in all of its cells. Immunodeficiency in the host mouse reduces the risk of immune rejection of the donor tissue, and GFP expression enables easy identification of the host muscle fibers (GFP+) and donor-cell-derived muscle fibers (GFP-). Our pilot data suggest that MIME can be used to implant an extensor digitorum longus (EDL) muscle from a donor mouse into the tibialis anterior (TA) muscle of a host mouse. Our data also suggest that when a myotoxin (barium chloride, BaCl2) is injected into the host muscle after MIME, there is evidence of donor-cell-derived myogenesis in the host muscle, with approximately 5%, 26%, 26% and 43% of the fibers in a single host TA muscle showing no host contribution, minimal host contribution, moderate host contribution, and maximal host contribution, respectively.

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

We describe a novel experimental technique that we call Minimally Invasive Muscle Embedding (MIME), which is based on the evidence that skeletal muscle tissue contains viable myogenic cells that can facilitate donor-cell-mediated myogenesis when implanted into a host muscle.

Minimal-Invasive Muskel einbetten (MIME) - eine neuartige experimentelle Technik, Spender-Zell-vermittelten Myogenesis zu erleichtern

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

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

Transverse aortic constriction (TAC) in mice is one of the most commonly used surgical techniques for experimental investigation of pressure overload-induced left ventricular hypertrophy (LVH) and its progression to heart failure. In the majority of the reported investigations, this procedure is performed with intubation and ventilation of the animal which renders it demanding and time-consuming and adds to the surgical burden to the animal. The aim of this protocol is to describe a simplified technique of minimally invasive TAC without intubation and ventilation of mice. Critical steps of the technique are emphasized in order to achieve low mortality and high efficiency in inducing LVH.
Male C57BL/6 mice (10-week-old, 25-30 g, n=60) were anesthetized with a single intraperitoneal injection of a mixture of ketamine and xylazine. In a spontaneously breathing animal following a 3-4 mm upper partial sternotomy, a segment of 6/0 silk suture threaded through the eye of a ligation aid was passed under the aortic arch and tied over a blunted 27-gauge needle. Sham-operated animals underwent the same surgical preparation but without aortic constriction. The efficacy of the procedure in inducing LVH is attested by a significant increase in the heart/body weight ratio. This ratio is obtained at days 3, 7, 14 and 28 after surgery (n = 6 - 10 in each group and each time point). Using our technique, LVH is observed in TAC compared to sham animals from day 7 through day 28. Operative and late (over 28 days) mortalities are both very low at 1.7%.
In conclusion, our cost-effective technique of minimally invasive TAC in mice carries very low operative and post-operative mortalities and is highly efficient in inducing LVH. It simplifies the operative procedure and reduces the strain put on the animal. It can be easily performed by following the critical steps described in this protocol.

The aim of this protocol is to describe step-by-step the technique of minimally invasive transverse aortic constriction (TAC) in mice. By elimination of intubation and ventilation which are mandatory for the commonly used standard procedure, minimally invasive TAC simplifies the operative procedure and reduces the strain put on the animal.

Technik der minimal-invasiven quer Aortenstenose Verengung bei Mäusen für Induktion der linken Ventricular Hypertrophie

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

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.

Die Generation der geschlossenen femoralen Frakturen bei Mäusen: ein Modell zur Knochenheilung

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

Electromagnetic Navigation Transthoracic Nodule Localization for Minimally Invasive Thoracic Surgery

The increased use of chest computed tomography (CT) has led to an increased detection of pulmonary nodules requiring diagnostic evaluation and/or excision. Many of these nodules are identified and excised via minimally invasive thoracic surgery; however, subcentimeter and subsolid nodules are frequently difficult to identify intra-operatively. This can be mitigated by the use of electromagnetic transthoracic needle localization. This protocol delineates the step-by-step process of electromagnetic localization from the pre-operative period to the postoperative period and is an adaptation of the electromagnetically guided percutaneous biopsy previously described by Arias et al. Pre-operative steps include obtaining a same day CT followed by the generation of a three-dimensional virtual map of the lung. From this map, the target lesion(s) and an entry site are chosen. In the operating room, the virtual reconstruction of the lung is then calibrated with the patient and the electromagnetic navigation platform. The patient is then sedated, intubated, and placed in the lateral decubitus position. Using a sterile technique and visualization from multiple views, the needle is inserted into the chest wall at the prechosen skin entry site and driven down to the target lesion. Dye is then injected into the lesion and, then, continuously during needle withdrawal, creating a tract for visualization intra-operatively. This method has many potential benefits when compared to the CT-guided localization, including a decreased radiation exposure and decreased time between the dye injection and the surgery. Dye diffusion from the pathway occurs over time, thereby limiting intra-operative nodule identification. By decreasing the time to surgery, there is a decrease in wait time for the patient, and less time for dye diffusion to occur, resulting in an improvement in nodule localization. When compared to electromagnetic bronchoscopy, airway architecture is no longer a limitation as the target nodule is accessed via a transparenchymal approach. Details of this procedure are described in a step-by-step fashion.

Presented here is a protocol for lung nodule localization using dye marking via electromagnetically navigated transthoracic needle access. The technique described here can be accomplished in the peri-operative period to optimize nodule localization and to successful resection when performing minimally invasive thoracic surgery.

Elektromagnetische Navigation Transthorakale Knotenlokalisation für die minimalinvasive Thoraxchirurgie

The increased use of chest computed tomography (CT) has led to an increased detection of pulmonary nodules requiring diagnostic evaluation and/or ...

A Pre-clinical Rat Model for the Study of Ischemia-reperfusion Injury in Reconstructive Microsurgery

Ischemia-reperfusion injury is the main cause of flap failure in reconstructive microsurgery. The rat is the preferred preclinical animal model in many areas of biomedical research due to its cost-effectiveness and its translation to humans. This protocol describes a method to create a preclinical free skin flap model in rats with ischemia-reperfusion injury. The described 3 cm x 6 cm rat free skin flap model is easily obtained after the placement of several vascular ligatures and the section of the vascular pedicle. Then, 8 h after the ischemic insult and completion of the microsurgical anastomosis, the free skin flap develops the tissue damage. These ischemia-reperfusion injury-related damages can be studied in this model, making it a suitable model for evaluating therapeutic agents to address this pathophysiological process. Furthermore, two main monitoring techniques are described in the protocol for the assessment of this animal model: transit-time ultrasound technology and laser speckle contrast analysis.

Here, we describe a pre-clinical animal model for studying the pathophysiology of ischemia-reperfusion injury in reconstructive microsurgery. This free skin flap model based on the superficial caudal epigastric vessels in the rat may also allow for the evaluation of different therapies and compounds to counteract ischemia-reperfusion injury-related damage.

Ein präklinisches Rattenmodell zur Untersuchung von Ischämie-Reperfusionsverletzungen in der rekonstruktiven Mikrochirurgie

Ischemia-reperfusion injury is the main cause of flap failure in reconstructive microsurgery. The rat is the preferred preclinical animal model in many ...