Frattura apparato Design e ottimizzazione dei protocolli per le fratture chiuse-stabilizzato in roditori
14 agosto 2018
L'obiettivo del protocollo è quello di ottimizzare i parametri di generazione di frattura per produrre fratture coerente. Questo protocollo rappresenta le variazioni in osso, dimensioni e morfologia che può esistere tra gli animali. Inoltre, è descritto un apparato di frattura conveniente, regolabile.
Questo metodo può aiutare a rispondere a domande chiave nel campo della biologia ossea, ad esempio quali interventi promuovono la guarigione delle fratture. Il vantaggio principale di questa tecnica è che fornisce un metodo semplice per derivare parametri per generare fratture coerenti. Per localizzare la regione per la frattura, ottenere radiografie dell'arto, del femore o della tibia da fratturare in un campione rappresentativo di cinque animali soppressi.
Le immagini della tibia sono mostrate qui. Segnare la posizione desiderata della frattura sulla radiografia dell'arto da fratturare. Misurare dall'articolazione tibiale calcaneare al livello della frattura marcata.
Calcolare la lunghezza media della frattura per tutti i campioni di prova. Sul dispositivo di frattura regolabile, misurare la distanza dalla superficie esterna di un'incudine di supporto al centro dell'impatto della ghigliottina. Sottrarre il centro dell'impatto della ghigliottina dalla lunghezza della frattura per calcolare la profondità della maschera di posizionamento della frattura, o JD. Stampa a macchina o in 3D un canale a forma di U con un'altezza e una larghezza pari all'incudine e una profondità pari al JD. Posizionare il campione nell'apparato fratturato in posizione prona per le fratture del femore o in posizione supina per le fratture della tibia.
Premere il dorso del piede contro l'estremità della dima di posizionamento della frattura. Premere manualmente la ghigliottina fino a frattura dell'arto. Ottenere una radiografia dell'arto fratturato per confermare le dimensioni della maschera e la posizione della frattura.
Per determinare la lunghezza del perno, misurare la lunghezza dell'arto dal piatto tibiale al livello del malleolo posteriore per le fratture della tibia. Per determinare la larghezza del perno, misurare il diametro midollare minimo nell'arto fratturato. Selezionare un ago con un calibro approssimativamente equivalente al diametro midollare e una lunghezza superiore a 1,5 volte la lunghezza dello spillo.
Una dimensione approssimativa del perno per un topo C57 black six di 14 settimane è di 27 gauge, un pollice e un quarto, e 22 gauge, un pollice e mezzo per tibia e femore, rispettivamente. Lavora o stampa in 3D un calibro con una lunghezza uguale alla lunghezza del perno meno la lunghezza dell'ago. Un'estremità dovrebbe avere una sporgenza per appoggiarsi al mozzo dell'ago e l'altra dovrebbe indicare dove deve essere tagliato il perno.
Utilizzare un tagliacapelli elettrico o una crema depilatoria per rimuovere i peli dalle gambe di campioni di prova senza fratture da metà tibia a metà femore, esponendo l'articolazione del ginocchio. Per bloccare la tibia, inserire l'ago per via percutanea, lateralmente al legamento rotuleo. Ritrarre il legamento rotuleo medialmente e allineare la punta dell'ago all'asse della tibia.
Usando un movimento di alesatura, rompere delicatamente il piatto tibiale e guidare l'ago lungo la cavità midollare. Quindi, utilizzare il calibro e l'alesatura fino a quando l'ago esposto è uguale alla lunghezza del calibro. Ritrarre l'ago di circa tre millimetri, per fornire spazio sufficiente per tagliare l'ago al livello indicato dal calibro.
Crimpare 3 millimetri dell'estremità distale del perno utilizzando un tronchese, quindi tagliare il perno a livello del calibro. Sincronizzare il perno con la superficie articolare utilizzando un'asta con un diametro 1,5 volte più grande del diametro dell'ago. Ottenere radiografie per confermare che l'ago si estende per la lunghezza del canale midollare dell'arto e non sporge dall'estremità prossimale o distale.
Per determinare la profondità dell'impatto, misurare il diametro della corteccia a livello della frattura desiderata sulla radiografia. Posizionare un provino di prova appuntato nel dispositivo di frattura utilizzando la dima di posizionamento della frattura. Appoggiare il pistone d'urto sull'arto illeso.
Non lasciare cadere il pistone. L'osso dovrebbe rimanere intatto durante questa fase di ottimizzazione. Applicare una forza sufficiente verso il basso sul pistone per comprimere i tessuti molli, ma non fratturare l'osso.
Regolare la profondità di impatto a 75 volte il diametro corticale per tenere conto dei tessuti molli. Impostare l'altezza della caduta su due centimetri. Posizionare il pistone nella sua posizione di partenza collegandolo all'elettromagnete attivato.
Posizionare un arto di prova nell'apparato per fratture. Premere il dorso del piede contro la dima di posizionamento della frattura. Premere brevemente l'interruttore a pedale per rilasciare il pistone, quindi riportarlo nella posizione di partenza.
Radiografare l'arto di prova interessato e ispezionare per eventuali prove di frattura. Questo può essere sottile quando si utilizzano basse velocità con una profondità di impatto controllata. Se non si genera alcuna frattura, aumentare l'altezza di caduta di due centimetri.
Se si genera una frattura, registrare l'altezza di caduta e moltiplicarla per 1,1. Questa è la nuova altezza di caduta. Usa la nuova altezza di caduta per fratturare il prossimo arto di prova.
Continuare la procedura fino a quando tutti i campioni di prova non sono fratturati. Registra l'altezza di caduta finale e tutti i parametri dell'ottimizzazione. Registrare l'età, il sesso, il genotipo e il peso del campione di prova.
L'utilizzo di un dispositivo di frattura regolabile e di parametri ottimizzati ha migliorato significativamente la generazione di fratture trasversali semplici. Il gruppo di pre-ottimizzazione ha generato una frattura trasversale semplice solo in 27 campioni su 58, ovvero il 46,55% delle volte. Considerando che, il gruppo post-ottimizzazione ha mostrato semplici fratture trasversali il 98,28% delle volte.
Dopo il suo sviluppo, questa tecnica ha aumentato il rigore e la riproducibilità dei modelli animali negli studi di generazione di fratture. Dopo la procedura, altre tecniche, come la micro-TC e l'istologia, possono essere utilizzate per rispondere a ulteriori domande sulla morfologia della frattura.
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Panoramica
Questo protocollo ha lo scopo di ottimizzare i parametri di generazione delle fratture per ottenere risultati costanti, tenendo conto delle variazioni di dimensione e morfologia ossea tra gli animali. Descrive un apparato per fratture economico e regolabile.
Componenti Chiave dello Studio
Area della Scienza
- Biologia ossea
- Guarigione delle fratture
- Biomeccanica
Sfondo
- Comprendere la guarigione delle fratture è fondamentale nella biologia ossea.
- Le variazioni nella struttura ossea possono influenzare gli esiti delle fratture.
- I metodi esistenti possono mancare di coerenza nella generazione delle fratture.
- Sono necessarie soluzioni economiche per applicazioni di ricerca.
Scopo dello studio
- Stabilire parametri affidabili per la generazione di fratture.
- Migliorare la comprensione degli interventi che promuovono la guarigione delle fratture.
- Fornire un metodo semplice e diretto per i ricercatori.
Metodi Utilizzati
- Acquisire radiografie del femore o della tibia da animali sacrificati.
- Indicare sulla radiografia la posizione desiderata della frattura.
- Misurare dalla giunzione tibio-tarsale calcaneare fino al livello di frattura indicato.
- Utilizzare un apparato di frattura regolabile per garantire coerenza.
Risultati principali
- Il metodo produce fratture costanti in diverse morfologie ossee.
- La guida radiografica migliora l'accuratezza nella localizzazione della frattura.
- L'apparato regolabile consente flessibilità nella progettazione sperimentale.
- Fornisce una base per futuri studi sugli interventi per la guarigione delle fratture.
Conclusioni
- Il protocollo affronta con successo la variabilità delle fratture ossee.
- Offre un approccio affidabile per i ricercatori in biologia ossea.
- Studi futuri potranno basarsi su questo metodo per esplorare i processi di guarigione.
Domande frequenti
Rilevanza Industriale del Progetto
I modelli di frattura non uniformi negli studi su roditori aumentano lo spreco di risorse e riducono l'affidabilità dei dati nella ricerca sulla guarigione ossea. Questo protocollo ottimizza i parametri di generazione della frattura per ogni campione, migliorando la riproducibilità e consentendo una valutazione preclinica più rigorosa dei trattamenti terapeutici. Una maggiore coerenza supporta decisioni più accurate sul proseguimento o meno della validazione degli obiettivi nel ripristino delle fratture e sull'identificazione dei composti promettenti.
Applicazioni Strategiche nella Ricerca e Sviluppo in Biopharma
Prima Fase della Scoperta e Validazione del Target
- Valore scientifico: Permette un'analisi precisa delle ipotesi terapeutiche riducendo l'eterogeneità delle fratture nei modelli animali.
- Valore operativo: Aumenta la percentuale di successo delle fratture trasversali semplici dal 46,55% al 98,28%, riducendo al minimo gli sprechi di animali e risorse.
- Affidabilità predittiva: Consente una valutazione affidabile degli interventi che promuovono la guarigione delle fratture attraverso l'induzione standardizzata del trauma.
Sviluppo di screening e saggi
- Prontezza del saggio: Fornisce un metodo riproducibile per generare fratture stabilizzate da utilizzare nei successivi screening di composti o dispositivi.
- Parametri quantitativi: Utilizza misurazioni radiografiche e parametri dell'altezza di caduta per garantire una somministrazione del trauma costante tra i campioni.
- Scalabilità della piattaforma: La progettazione regolabile dell'apparato consente l'adattamento a diverse ceppi e specie di roditori, favorendo la riproducibilità tra studi.
Ricerca Translazionale e Preclinica
- Sistema Rilevante per la Patologia: Genera fratture stabilizzate chiuse che imitano il trauma clinico, consentendo studi meccanicistici delle vie di guarigione.
- Continuità Translazionale: Parametri ottimizzati permettono un passaggio senza interruzioni dalla scoperta all'analisi istologica e alla tomografia computerizzata micro-CT della morfologia della frattura.
- Riduzione del Rischio Meccanicistico: Riduce la variabilità biologica, migliorando la fiducia nei dati relativi all'interazione con il bersaglio e alla modulazione della via.
Integrazione di Pipeline e Flusso di Lavoro
Il metodo si inserisce nel percorso di scoperta che va dalla verifica delle ipotesi alla validazione preclinica, sostenendo un affinamento iterativo degli interventi per la guarigione delle fratture.
- Biologia della scoperta: Supporta la verifica delle ipotesi fornendo modelli di trauma riproducibili per valutare interventi genetici, farmacologici o meccanici.
- Screening: Permette l'induzione standardizzata di fratture per la valutazione, basata su saggi, di terapie o biomateriali.
- Analisi: Genera parametri quantificabili (altezza di caduta, profondità del dispositivo di posizionamento della frattura) per l'analisi comparativa tra gruppi sperimentali.
- Ricerca traslazionale: Favorisce la continuità con valutazioni istologiche e con micro-TC della formazione del callo e del rimodellamento osseo.
- Riutilizzo aziendale: L'apparato per fratture regolabile e il protocollo di ottimizzazione dei parametri costituiscono una piattaforma riutilizzabile in diversi progetti e sedi.
Impatto Operativo ed Aziendale
- Valore scientifico: Maggiore affidabilità predittiva nella validazione degli obiettivi grazie alla riduzione della variabilità nei modelli di frattura.
- Valore operativo: Standardizzazione e riproducibilità dell'induzione delle fratture tra diversi laboratori e ceppi.
- Valore strategico: Migliore efficienza nell'utilizzo delle risorse grazie alla riduzione del numero di animali impiegati e all'aumento della qualità dei dati per studio.
- Impatto sul portafoglio: Consente decisioni di avanzamento corrette in base al rischio nei programmi di riparazione delle fratture, basate su dati preclinici affidabili.
Considerazioni sull'implementazione
- Competenze nella manipolazione di roditori, nell'imaging radiografico e nella lavorazione meccanica di base o nella stampa 3D per la fabbricazione dell'apparato.
- Accesso a un'attrezzatura per imaging a raggi X per la localizzazione e la verifica pre- e post-frattura.
- Standardizzazione dei protocolli di misurazione (lunghezza dell'osso, diametro corticale) tra diversi utilizzatori e sedi.
- Considerazioni adattative per diverse specie di roditori (topo contro ratto) in base alla morfologia ossea.
- Limitazione pratica: l'ottimizzazione iniziale richiede cinque animali sacrificati per ceppo al fine di ricavare parametri specifici per il campione.
Domande frequenti sulla biofarmaceutica
Chapters in this video
0:04
Title
0:27
Fracture Location
0:59
Fracture-Positioning Jig
1:56
Stabilization of the Pin Parameters
2:51
Intramedullary Pin Fracture Stabilization
4:10
Impact Depth
4:51
Impact Velocity
6:01
Results: Pre- and Post-Optimization of Fracture Generation
6:34
Conclusion
