이 간행물에 보고 된 연구는 국립 연구소의 관절염과 Musculoskeletal에 의해 지원 되었다 고 수상에서 국립 보건원의 피부 질병 번호 F30AR071201 및 R01AR066028.

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저자는 공개 없다.

이 골절 최적화 및 생성 프로토콜 골절 매개 변수에서 파생 하 고 생산 하는 정밀, 반복, 가로 골절 최소한 침략 적 절차를 수행 하는 효율적인 방법으로 연구를 제공 합니다. 또한,이 프로토콜 연구원 중 방법을 일관성을 승진 시키는 일반적인 골절 세대 매개 변수 집합을 설정 합니다. 이 매개 변수는 매개 변수 (예:, 나이, 성별, 성별, 그리고 유전자 형)의 다양 한에 따라 골절 기준을 확립 하는 일반적인 골절 데이터베이스의 생성 수 있게 된다. 골절 변수의 최적화는 크게 샘플이-시간 낭비, 분실 된 자원, 그리고 사용할 수 없는 데이터의 양을 줄이는 감소 합니다.
정확 하 고 정밀한 분쇄를 생성 하려면 특이성의 높은 수준의 생산 되며 골절 위치의 가변성을 줄일 골절 세대 매개 변수의 표준화 된 설정을 설정 하기 위해 생명 이다. 골절 세대 뿐만 아니라 적절 한 안정화는 또한 골절 굳은 살 형성을 촉진 하 고 비 노동조합의 확률을 줄이기 위해 필요 합니다. Intramedullary 고정 실험적 및 임상적으로 appendicular 긴 뼈 골절을 안정화 하는 데 사용 하는 일반적인 고정 방법입니다. 내부적으로 집착 골절 치유 직접-조직 차별화, 골절 표면에 뼈 재흡수를 포함 하는 공정 하 고 연합 을 통해 후속 골절 callus 형성 및 리 모델링. 이 과정은 골절에 운동 및 골 수 구멍 안에 핀의 마이그레이션에 장애가 될 수 있습니다. 이 프로토콜 사용 하 여 다음 고정 골절 사이트에서 변위의 정도 감소 하 고 정교한 수술 장비 및 기술에 불필요 한 손상을 일으킬 수 있는 사용 하지 않고 핀 마이그레이션 범위를 제한 하는 고정 방법 대뇌 피 질의 뼈 조직입니다. 특정 샘플 유형에 따라 intramedullary 접촉을 극대화 하는 핀 매개 변수 집합을 생성 적절 한 굳은 살 형성 및 뼈 리 모델링 필요한 안정성을 제공 합니다.
Intramedullary 핀 배치 되었습니다 일단 다음 중요 한 단계는 간단한 횡 골절을 생성 합니다. 골절을 통해 외부에서 적용, 무뚝뚝한 힘 외상을 생성 하는 프로토콜 鋭 골절 생산과 고정 하드웨어 손상 가능성이 있다. 이러한 합병증을 완화 하와 0.5 x 각 샘플 세트23의 평균 대뇌 피 질의 직경은 영향 깊이 제어를 중요 하다. 골절 분쇄 외부 무뚝뚝한 힘 외상 절차 동안 과도 한 힘에서 발생할 수도 있습니다. 충격 속도 중요 임계값을 초과 하면 균열 전파의 속도 스트레스 파도 여러 골절 사이트24결과 생성 합니다. 그것은 또한 스트레스 파 생산, 분쇄의 가능성을 감소 시키기 위한 충격 속도 임계값 아래 남아 있는 동안 골절을 생산 하기 위해 충분 한 운동 에너지를 생성 하는 ram 무게와 드롭 높이 설정 하는 중요 한. 높은 충격 속도 뼈 골절은 생성 된25전에 과도 한 에너지 흡수의 빠른 로딩을 발생 합니다. 골절 전파 시 과도 한 에너지를 로드 하는 동안 흡수는 해제 비-선형, 분쇄 생성. 낮은 충격 속도 및 에너지의 느린 로딩은 높은 충격 속도 빠른 로드26에 비해 선형 골절 생산의 더 높은 확율. 분쇄의 발생률을 최소화 하기 위해이 프로토콜 표준 ram 250g의 무게를 사용 하 여 마우스에 대 한-이 더 큰 종에 맞게 조정 될 수 있다. 작업할 때 매우 젊은 동물 또는 알려진된 뼈 질병 (예를 들어, osteopenia 또는 osteosclerosis)와 그와 함께, 그것은 ram 체중 감소 필요할 수 있습니다. 그것은 한 번에 최적화 되 고 드롭 높이 그래서 단 하나의 변수를 조정 하는 경우 일관 된 ram 무게를 사용 해야 합니다. 종의 이상적인 영향 속도 계산 크기와 표본의 연 조직 형태에 약간의 변화를 고려 하 여 보다 일관 된 골절을 생산할 예정 이다.
위에서 설명한 방법을 다른 골절 세대 프로토콜;의 많은 단점을 제거 그러나, 몇 가지 측면 효율적으로 원하는 결과 생산 하는 훈련을 요구할 수 있습니다. 절차의 한 가능한 합병증은 잠재적으로 상당한 뼈 또는 소프트 조직 손상을 일으키는 원인이 되는 부정확 한 핀 배치. 이 접근의 제한 된 가시성 및 충분 한 양자 손 손 재주의 부족 주로 때문 이다. 오픈 절 개 없이 내부 고정 기술 절차를 수행 하는 사람에서의 공정한 금액을 요구할 수 있습니다. 따라서, 그 또는 그녀는 충분 한 훈련-에 했다 시신, 치유 과정을 통해 합병증을 일으킬 수 있는 초과 소프트-조직 손상을 방지 하기 위해 필요한 경우 중요 하다. (슬 개 골 인 대, tibial 고원, 그리고 대 퇴 골의 intercondylar 노치) 프로토콜에 지정 된 구조를 인식 일관 되 고 정확한 고정 최소한의 소프트-조직 손상으로 생성 하는 데 도움이 됩니다. 그러나, 기술된 연구의 목표 하지 핀 배치에 대 한 자세한 절차를 제시 하지만 오히려 이상적인 골절을 생성 하기 위한 방법을 설명 했다.
절단 계기의 사용을 통해 근 위 대 퇴 골 또는 경골의 선단부 어떤 리밍을 피하기 위해이 좋습니다. 대 퇴 골의 근 위 끝 통해 드릴링 부드러운 조직에 불필요 한 손상을 일으킬 수 또는 치유 과정 동안 성과 부상 합병증을 일으키는 엉덩이에서 뼈. 마찬가지로, 경골의 선단부를 통해 리밍 발목 구조, 보 행 역학, 로드, 그리고 굳은 살 형성 변경 손상 됩니다.
골절 위치 정확도 높이려면 사용자 지정 사지 위치 지 그 장치 사지의 적절 한 위치 되도록 설계할 수 있습니다. 정확 하 고 정확한 영향 배치 지속적으로 원하는 위치에 골절을 생성 하기 위해 필수적 이다. 우리 연구소는 현재 두 지 그를 고용: 중간 tibial 골절 및 중반 대 퇴 골절, 하지만 모듈형 설계 및 3D 인쇄의 다양성에 대 한 다른 연구원은 다양 한 위치에서 골절을 생성 하는 기능 제공. 특정 위치에 골절을 생성 하도록 사용자 지정 지 그의 추가 운영자 오류 가능성을 제한 하 여 정확성과 정밀도 골절 발생의 증가 합니다.
이 방법의 몇 가지 제한 사항을 다른 기존의 폐쇄 골절 기법에 있어서 그와 유사 하다. 이전 또는 비만 쥐에서 보듯이 과도 한 연 조직 또는 지방 골절, 세대를 방해 수 있습니다. 그것에 일반적으로 힘의 부족과 영향 깊이의 부족을 하지 때문에 중요 하다. Ram 무게 또는 골절 사이트에 적용 된 운동 에너지를 증가 하는 속도 증가 시켜이 한계를 극복할 수 있습니다. 이 메서드는 또한 뼈의 endosteal 표면 방해 하 고 치유에 영향을 미칠 수 있는 내부 고정 시 사용 합니다. Endosteal 장애도 발생 임상 intramedullary 못박는, endosteum 수리 골절에 기여는 공부 되 고 하는 경우, 외부 고정 또는 격판덮개는 더 나은 옵션이 있을 수 있습니다. 추가 제한; 초기 매개 변수를 설정 하는 희생 동물의 필요한 샘플입니다. 그러나, 더 많은 샘플 종류에 대 한 파괴 변수 설정 되 고 데이터베이스 개발, 추가 희생 샘플에 대 한 필요성 감소 한다.
설명된 프로토콜 표준화 된 매개 변수를 샘플 형식으로 일반적으로 폐쇄 골절 생성 절차에서 본 골절이 최소화를 통해 유도 된 충격의 정밀도 증가 합니다. 최신 골절 세대 프로토콜 murine 종에 적용 되는 고 온건 하 게 일관 된 골절을 생산. 그들은 종종 최적의 결과 얻기 위해 특정 샘플 유형에 사용 해야 하거나 종자 내에서 변화에 대 한 계정을 하지 않습니다. 프로토콜 여기 있는 마우스 긴장 사이 존재할 수 있으며 일관 된 골절을 생성 하는 다른 종에 적용할 수 있습니다 크기 또는 뼈 형태 변화에 대 한 계정을 제시. 또한,이 프로토콜의 광범위 한 응용 프로그램 연구자 간의 표준화 된 골절 언어의 채용을 지원 합니다. 일반적인 변수 함께 비슷한 프로토콜을 사용 하 여 메서드 일관성 향상 되며 연구 간의 비교를 강화. 위에서 설명한 매개 변수는 murine 긴 뼈, 더 집단 골절 세대 매개 변수의 다양성을 증가 하는 추가 골절 모델에 사용 되는 골절 최적화 프로토콜에 대 한 가능성은 데이터베이스입니다. 이 골절 최적화 프로토콜을 채용 골절 위치 및 패턴의 일관성을 개선 하 여 균질, 사용 가능한 샘플의 생산을 증가할 것 이다. 샘플의 더 높은 백분율 수확량 실험실 자원의 낭비를 감소, 필요, 동물의 수를 감소 되며 연구 효율성을 개선.

골절 치유에 대 한 연구는 큰 임상 및 경제 문제를 해결 하는 데 필요한. 매년 12 백만 이상 골절은 미국1, 비용 $80 십억 년2당 처리 됩니다. 남성 또는 여성 고통 그들의 일생에서 골절의 가능성은 25%와 44%, 각각3. 골절 치유와 관련 된 문제는 인구 노령화로 증가 comorbidities 증가 예상 된다. 연구 하 고이 문제를 해결, 강력한 모델 골절 발생 및 안정화가 필요 합니다. 설치류 모델은이 목적을 위해 적합 합니다. 그들은 임상 관련성을 제공 하 고 주소 특정 조건 (즉, 여러 개의 부상, 오픈, 폐쇄, 허 혈 성, 그리고 감염 된 골절)을 수정할 수 있습니다. 임상 시나리오를 복제 하는 것 외에도 동물 골절 모델은 뼈 생물학 및 치료제 개발 및 장치를 이해 하기 위한 중요 합니다. 그러나, 개입의 차이 공부 하려고 일관성 골절 발생에 의해 도입 된 다양성에 의해 복잡 수 있습니다. 따라서, 동물 모델에서 재현 하 고 일관 되 게 폐쇄 골절 생성 musculoskeletal 연구의 분야에 필수적 이다.
제대로 적절 한 유전적 배경, 성별, 나이, 및 환경 조건 함으로써 잠재적인 주제가 대 한 제어, 임상 관련 일관 된 뼈 상해의 생산은 중요 한 변수가 영향을 미치는 제어 해야 하는 재현성 일관성 없는 골절을 사용 하 여 통계 비교 실험 잡음과 높은 가변성4; 퍼진는 또한, 골절 변화 샘플 크기 또는 골절 鋭 또는 malpositioned 동물 안락사를 필요성을 증가 하는 필요 때문에 불필요 한 동물 죽음에 발생할 수 있습니다. 여기에 설명 된 메서드 샘플 형식에 관련 된 골절 생성 매개 변수를 최적화 하 고 일관 된 골절 위치 및 패턴.
골절 발생의 현재 모델은 각각 그들의 자신의 강점과 약점을 가진 두 개의 넓은 범주로을. 오픈-골절 (뼈) 모델 후 골절은 뼈를 절단 하거나 그것을 약화 및 다음 수동으로 그것을 깨는5,6,,78에 의해 유도 된 뼈를 노출 하는 수술을 받 다. 이 방법의 혜택은 골절 사이트와 더 일관 된 골절 위치 및 패턴의 직접적인 시각화. 그러나, 접근의 생리와 임상 관련성 및 상해의 메커니즘은 제한 됩니다. 또한, 골절 발생의 open 메서드는 외과 접근 및 장기간 동안 설치류 오염의 증가 위험에 노출 되는 폐쇄 필요 합니다.
닫힌된 기술을 오픈 기술 한계의 많은 주소. 닫힌된 기법 골절 뼈와 더 비슷합니다 인간의 임상 부상에서 본 주변 조직에 상해를 유도 하는 외부에서 인가 되 무뚝뚝한 힘 외상을 사용 하 여 생성 합니다. 가장 일반적인 방법은 Bonnarens와 아인혼 19849에 설명 했다. 그들은 어떤 외부 피부 상처를 유발 하지 않고 뼈를 무뚝뚝한 외상을 느 꼈는 데 사용 되는 가중치 단두대 설명. 이 방법은 유전학10,11, 약리학 적인 치료12,13,,1415, 역학16, 의 효과 연구를 널리 채택 되었습니다 17, 및 쥐 및 쥐에서 치유 하는 뼈에 생리학18,,1920 . 닫힌된 방법의 혜택은 순수 관련 골절, 실험의 재현성 및 사후 경직 골절이 의해 제한 됩니다. 일관성 없는 골절 발생 결과 제한 된 그룹 사이 감 별 법, 손실된 표본, 통계적 의미를 달성 하는 데 필요한 동물 증가.
골절 발생 및 안정화에 가변성을 제어 하는 것은 의미 있는 결과 생산 하 필수적 이다. 제대로 골절 수리 생물학 공부를 하기 위해 간단 하지만 강력한 골절 모델 필요 합니다. 모델 설치류 종, 뼈 종류 (대 퇴 골 또는 경골, 예를 들어), 그리고 가변 마우스 유전자 배경에서 번역 및 돌연변이 유발. 또한, 이상적인 절차는 기술적으로 간단 하 고 일관 된 결과 생성 해야 합니다. 주소 골절이 여기에 설명 된 방법은 잘 제어 된 분쇄 장치 매개 변수를 최적화 하 고 나이, 성별, 또는 유전자 형에 관계 없이 일관 되 게 폐쇄 골절을 생성 하는 데 사용 될 수의 건설.

<table><tbody><tr><td>&lt;strong&gt;Support Subassembly&lt;/strong&gt;</td><td></td><td></td><td>Supplementary Figure 1</td></tr><tr><td>Beam, Support--Jaw Section&amp;nbsp;</td><td>80/20</td><td>1003 x 9.00</td><td>w/ #7042 at A, C, in Left End</td></tr><tr><td>Beam, Support--Horizontal Section</td><td>80/20</td><td>1002 x 14.00</td><td></td></tr><tr><td>Beam, Support--Vertical 1</td><td>80/20</td><td>1050 x 10.50&amp;nbsp;</td><td>w/ #7042 at A in Left End and at A in Right End</td></tr><tr><td>Beam, Support--Vertical 2</td><td>80/20</td><td>1010 x 10.50&amp;nbsp;</td><td>w/ #7042 at D, B in Left End and at A in Right End</td></tr><tr><td>Beam, Support--Plate Mount</td><td>80/20</td><td>1030 x 8.00&amp;nbsp;</td><td>w/ #7036 at Left End</td></tr><tr><td>Beam, Support--Magnet</td><td>80/20</td><td>1010 x 13.50&amp;nbsp;</td><td>w/ #7042 at A, C, in Right End</td></tr><tr><td>Anchors (3)</td><td>80/20</td><td>3392</td><td></td></tr><tr><td>Double Anchor (3)</td><td>80/20</td><td>3091</td><td></td></tr><tr><td>Bolt Assembly (6)</td><td>80/20</td><td>3386</td><td>1/4-20 x 3/8&quot;</td></tr><tr><td>Button Head Socket Cap Screw (6)</td><td>80/20</td><td>3604</td><td>1/4-20 x 3/4&quot;</td></tr><tr><td>&lt;strong&gt;Ram Subassembly&lt;/strong&gt;</td><td></td><td></td><td>Supplementary Figure 2</td></tr><tr><td>Block, Stop</td><td>Custom</td><td></td><td>Supplementary Figure 3</td></tr><tr><td>Block, Guide</td><td>Custom</td><td></td><td>Supplementary Figure 3</td></tr><tr><td>Rod, Ram</td><td>Custom</td><td></td><td>Supplementary Figure 4</td></tr><tr><td>Alignment Screw</td><td>Custom</td><td></td><td>Supplementary Figure 5</td></tr><tr><td>Plate, Mounting</td><td>Custom</td><td></td><td>Supplementary Figure 6</td></tr><tr><td>Linear Sleeve Bearing (2)</td><td>McMaster-Carr</td><td>8649T2</td><td></td></tr><tr><td>Hex Nut (3)</td><td>McMaster-Carr</td><td>92673A125</td><td>3/8-16 UNC</td></tr><tr><td>Socket Cap Screw (8)</td><td>McMaster-Carr</td><td>92196A108</td><td>4/40 x 3/8&quot;</td></tr><tr><td>Socket Cap Screw (6)</td><td>McMaster-Carr</td><td>92196A032</td><td>4/40 x 1 1/8&quot;</td></tr><tr><td>Socket Cap Screw (1)</td><td>McMaster-Carr</td><td>92196A267&amp;nbsp;</td><td>10/32 3/8&quot;</td></tr><tr><td>&lt;strong&gt;Magnet Subassembly&lt;/strong&gt;</td><td></td><td></td><td>Supplementary Figure 7</td></tr><tr><td>Mount, Magnet</td><td>Custom</td><td></td><td>Supplementary Figure 8</td></tr><tr><td>Power Supply</td><td>McMaster-Carr</td><td>70235K23</td><td></td></tr><tr><td>Foot Switch</td><td>McMaster-Carr</td><td>7376k2</td><td></td></tr><tr><td>Electromagnet</td><td>McMaster-Carr</td><td>5698k111</td><td></td></tr><tr><td>Wire - 10 feet</td><td>McMaster-Carr</td><td>9936k12</td><td></td></tr><tr><td>Rod, Magnet</td><td>McMaster-Carr</td><td>95412A566</td><td>1/4&quot; Threaded Rod x 7&quot;</td></tr><tr><td>Corner Bracket (6)</td><td>80/20</td><td>4108</td><td></td></tr><tr><td>Socket Cap Screw (1)</td><td>McMaster-Carr</td><td>92196A705</td><td>10/32 1 1/4&quot;</td></tr><tr><td>Hex Nut (4)</td><td>McMaster-Carr</td><td>92673A113</td><td>1/4-20 UNC</td></tr><tr><td>&lt;strong&gt;Complete Assembly&lt;/strong&gt;</td><td></td><td></td><td>Supplementary Figure 9</td></tr><tr><td>Bracket, Leg Jaw (2)</td><td>Custom</td><td></td><td>Supplementary Figure 10</td></tr><tr><td>Platform, Fracture</td><td>Custom</td><td></td><td>Supplementary Figure 11</td></tr><tr><td>Jig, Positioning-Fracture</td><td>Custom</td><td></td><td>Supplementary Figure 12</td></tr><tr><td>&lt;strong&gt;Other&lt;/strong&gt;</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Pin Cutter</td><td>Medical Supplies and Equipment</td><td>150S</td><td></td></tr><tr><td>Needles</td><td>Sigma</td><td>Z192430, Z192376&amp;nbsp;</td><td>23g x 1.5&quot; - mouse femur, 27g x 1.25&quot; - mouse tibia</td></tr></tbody></table>

fracture apparatus design and protocol optimization for closed-stabilized fractures in rodents

동물 모델에서 일관 된 안정된 골절의 신뢰할 수 있는 세대 뼈 재생의 생물학을 이해 하 고 치료 및 장치 개발에 대 한 필수적입니다. 그러나, 사용할 수 있는 부상 모델은 불일치 결과 낭비 및 자원 동물과 불완전 한 데이터에 의해 괴 롭 혀. 골절이이 문제를 해결 하려면 여기에 설명 된 방법의 목적은 각 동물에 골절 발생 매개 변수를 최적화 하 고 일관 된 골절 위치 및 패턴을. 이 프로토콜 차지 뼈 크기와 형태는 마우스 긴장 사이 존재할 수 있으며 쥐 같은 다른 종에 일관 된 골절을 생성 하기 위해 적용할 수 있습니다. 또한, 비용 효과적인, 조정 가능한 분쇄 장치 설명 되어 있습니다. 현재 안정된 골절 기법에 비해 최적화 프로토콜 및 새로운 골절 기구 안정된 골절 패턴 및 위치에서 일관성을 증가 입증. 사용 하 여 최소화 폐쇄 골절 생성 절차에서 일반적으로 관찰 하는 골절이 유발된 충격의 정밀도 샘플 형식, 설명된 프로토콜 증가 매개 변수를 최적화 합니다.

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

프로토콜의 목표를 일관 된 골절 골절 생성 매개 변수를 최적화 하는 것입니다. 이 프로토콜은 뼈 크기와 동물 사이 존재할 수 있는 형태 변화에 대 한 계정. 또한, 비용 효과적인, 조정 가능한 분쇄 장치 설명 되어 있습니다.

골절 기구 디자인 및 설치류에서 폐쇄 안정 골절에 대 한 프로토콜 최적화

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

fracture-apparatus-design-protocol-optimization-for-closed-stabilized

Nanyang Technological University

Research

JoVE Journal

Medicine

13.3K 조회수.  Michigan State University. 프로토콜의 목표를 일관 된 골절 골절 생성 매개 변수를 최적화 하는 것입니다. 이 프로토콜은 뼈 크기와 동물 사이 존재할 수 있는 형태 변화에 대 한 계정. 또한, 비용 효과적인, 조정 가능한 분쇄 장치 설명 되어 있습니다.

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Pseudofracture: An Acute Peripheral Tissue Trauma Model

Following trauma there is an early hyper-reactive inflammatory response that can lead to multiple organ dysfunction and high mortality in trauma patients; this response is often accompanied by a delayed immunosuppression that adds the clinical complications of infection and can also increase mortality.1-9 Many studies have begun to assess these changes in the reactivity of the immune system following trauma.10-15 
Immunologic studies are greatly supported through the wide variety of transgenic and knockout mice available for in vivo modeling; these strains aid in detailed investigations to assess the molecular pathways involved in the immunologic responses.16-21
The challenge in experimental murine trauma modeling is long term investigation, as fracture fixation techniques in mice, can be complex and not easily reproducible.22-30
This pseudofracture model, an easily reproduced trauma model, overcomes these difficulties by immunologically mimicking an extremity fracture environment, while allowing freedom of movement in the animals and long term survival without the continual, prolonged use of anaesthesia. The intent is to recreate the features of long bone fracture; injured muscle and soft tissue are exposed to damaged bone and bone marrow without breaking the native bone.
The pseudofracture model consists of two parts: a bilateral muscle crush injury to the hindlimbs, followed by injection of a bone solution into these injured muscles. The bone solution is prepared by harvesting the long bones from both hindlimbs of an age- and weight-matched syngeneic donor. These bones are then crushed and resuspended in phosphate buffered saline to create the bone solution.
Bilateral femur fracture is a commonly used and well-established model of extremity trauma, and was the comparative model during the development of the pseudofracture model. Among the variety of available fracture models, we chose to use a closed method of fracture with soft tissue injury as our comparison to the pseudofracture, as we wanted a sterile yet proportionally severe peripheral tissue trauma model. 31
Hemorrhagic shock is a common finding in the setting of severe trauma, and the global hypoperfusion adds a very relevant element to a trauma model. 32-36 The pseudofracture model can be easily combined with a hemorrhagic shock model for a multiple trauma model of high severity. 37

Pseudofracture, a reproducible murine model of sterile musculoskeletal trauma, allows for evaluation of late term post-traumatic immune responses. This article describes the procedural execution of the model step by step, including the potential for experimental model combinations to permit study of multiple trauma.

Pseudofracture : 급성 주변 조직 외상 모델

Following trauma there is an early hyper-reactive inflammatory response that can lead to multiple organ dysfunction and high mortality in trauma patients; ...

연구

의학

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

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

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

산만 Osteogenesis, 또는 임계 크기의 결함의 치유는 Intramembranous 골화을 평가하기위한 Rigidly 안정 골절 만들기

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

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

This protocol describes the use of a newly developed external fixator for distraction osteogenesis in a rat femoral model. Distraction osteogenesis (DO) is a surgical technique leading to bone regeneration after an osteotomy. The osteotomized extremities are moved away from each other by gradual distraction to reach the desired elongation. This procedure is widely used in humans for lower and upper limb lengthening, treatment after a bone nonunion, or the regeneration of a bone defect following surgery for bone tumor excision, as well as in maxillofacial reconstruction. Only a few studies clearly demonstrate the efficiency of their protocol in obtaining a functional regenerated bone, i.e., bone that will support physiological weight-bearing without fracture after removal of the external fixator. Moreover, protocols for DO vary and reproducibility is limited by lack of information, making comparison between studies difficult. The aim of this study was to develop a reproducible protocol comprising an appropriate external fixator design for rat limb lengthening, with a detailed surgical technique that permits physiological weight-bearing by the animal after removal of the external fixator.

This study describes a reproducible and detailed protocol using a newly developed external fixator for distraction osteogenesis (DO) in a femoral rat model which permits physiological weight-bearing by the animal after removal of the external fixator.

주의 골 기능 재생성 된 대 퇴 골으로 이어지는 쥐 모델에 대 한 효율적이 고 재현 가능한 프로토콜

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

생체공학

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

Orthopedic research relies heavily on animal models to study mechanisms of bone healing in vivo as well as investigate the new treatment techniques. Critical-sized segmental defects are challenging to treat clinically, and research efforts could benefit from a reliable, ambulatory small animal model of a segmental femoral defect. In this study, we present an optimized surgical protocol for the consistent and reproducible creation of a 5 mm critical diaphyseal defect in a rat femur stabilized with an external fixator. The diaphyseal ostectomy was performed using a custom jig to place 4 Kirschner wires bicortically, which were stabilized with an adapted external fixator device. An oscillating bone saw was used to create the defect. Either a collagen sponge alone or a collagen sponge soaked in rhBMP-2 was implanted into the defect, and the bone healing was monitored over 12 weeks using radiographs. After 12 weeks, rats were sacrificed, and histological analysis was performed on the excised control and treated femurs. Bone defects containing only collagen sponge resulted in non-union, while rhBMP-2 treatment yielded the formation of a periosteal callous and new bone remodeling. Animals recovered well after implantation, and external fixation proved successful in stabilizing the femoral defects over 12 weeks. This streamlined surgical model could be readily applied to study bone healing and test new orthopedic biomaterials and regenerative therapies in vivo.

In vivo mammalian models of critical-sized bone defects are essential for researchers studying healing mechanisms and orthopedic therapies. Here, we introduce a protocol for the creation of reproducible, segmental, femoral defects in rats stabilized using external fixation.

사용자 지정 외부 Fixator를 안정화 하는 쥐에서 안정적이 고 재현 가능한 크기의 중요 한 단편 대 퇴 결함 모델

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

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.

정형 외과 수술 후 인지 기능 장애 및 조직 재생 연구의 마우스 모델

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

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

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

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

Endochondral 골절 표준화 된 Biomechanical 조건 하에서 쥐에서 치유를 분석 하는 최소 침 습 모델

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

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

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

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

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

Protocol for Developing a Femur Osteotomy Model in Wistar Albino Rats

Fracture healing is a physiological process resulting in the regeneration of bone defects by the coordinated action of osteoblasts and osteoclasts. Osteoanabolic drugs have the potential to augment the repair of fractures but have constraints like high costs or undesirable side effects. The bone healing potential of a drug can initially be determined by in vitro studies, but in vivo studies are needed for the final proof of concept. Our objective was to develop a femur osteotomy rodent model that could help researchers understand the development of callus formation following fracture of the shaft of the femur and that could help establish whether a potential drug has bone healing properties. Adult male Wistar albino rats were used after Institutional Animal Ethics Committee clearance. The rodents were anesthetized, and under aseptic conditions, complete transverse fractures at the middle one-third of the shafts of the femurs were created using open osteotomy. The fractures were reduced and internally fixed using intramedullary K-wires, and secondary fracture healing was allowed to take place. After surgery, intraperitoneal analgesics and antibiotics were given for 5 days. Sequential weekly x-rays assessed callus formation. The rats were sacrificed based on radiologically pre-determined time points, and the development of the fracture callus was analyzed radiologically and using immunohistochemistry.

Here, we present a protocol to iatrogenically fracture the shaft of the femur of Wistar albino rats and follow up on the development of the callus. This femur osteotomy model can help researchers evaluate the process of fracture healing and to study how a drug could influence fracture healing.

Wistar 알비노 쥐에서 대퇴골 절골술 모델을 개발하기 위한 프로토콜

Fracture healing is a physiological process resulting in the regeneration of bone defects by the coordinated action of osteoblasts and osteoclasts. ...

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.

안정화 핀을 가진 마우스 대퇴골의 횡단 골절

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 ...

생물학

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.

마우스에서 Diaphyseal 대퇴골 골절 모델 확립

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