МОДЕЛИРОВАНИЕ ПОВРЕЖДЕНИЙ КОСТНЫХ СТРУКТУР В ЭКСПЕРИМЕНТАХ НА ЖИВОТНЫХ
https://doi.org/10.35401/2500-0268-2021-21-1-47-55
Аннотация
В обзоре представлены преимущества и ограничения существующих моделей костных дефектов, которые используются для изучения новых технологий заживления поврежденных костных структур, а также тканеинженерных материалов и конструкций в экспериментах на животных. Рассматриваются требования к оптимальной животной модели, обсуждаются широко используемые модели повреждений кости in vivo. Приводятся краткие сведения о методах воспроизведения экспериментального повреждения длинных костей конечностей, свода черепа, челюстных костей различных животных и о способах стандартизации, позволяющих оценить процесс репаративного остеогенеза и трансформации имплантата, чтобы помочь исследователям в планировании и проведении научно обоснованных экспериментов с соблюдением существующих биоэтических требований.
Об авторах
А. Ш. Ананьева
Кубанский государственный медицинский университет
Россия
аспирант кафедры фундаментальной и клинической биохимии
350063, Краснодар, ул. М. Седина, 4
Россия
аспирант кафедры фундаментальной и клинической биохимии
350063, Краснодар, ул. М. Седина, 4
Л. М. Бараева
Кубанский государственный медицинский университет
Россия
соискатель кафедры фундаментальной и клинической биохимии, ассистент кафедры нормальной анатомии
350063, Краснодар, ул. М. Седина, 4
Россия
соискатель кафедры фундаментальной и клинической биохимии, ассистент кафедры нормальной анатомии
350063, Краснодар, ул. М. Седина, 4
И. М. Быков
Кубанский государственный медицинский университет
Россия
д. м. н., профессор, заведующий кафедрой фундаментальной и клинической биохимии
350063, Краснодар, ул. М. Седина, 4
Россия
д. м. н., профессор, заведующий кафедрой фундаментальной и клинической биохимии
350063, Краснодар, ул. М. Седина, 4
Ю. В. Веревкина
Кубанский государственный медицинский университет
Россия
аспирант кафедры терапевтической стоматологии
350063, Краснодар, ул. М. Седина, 4
Россия
аспирант кафедры терапевтической стоматологии
350063, Краснодар, ул. М. Седина, 4
А. Н. Курзанов
Кубанский государственный медицинский университет
Россия
д. м. н., профессор кафедры фундаментальной и клинической биохимии
350063, Краснодар, ул. М. Седина, 4
Россия
д. м. н., профессор кафедры фундаментальной и клинической биохимии
350063, Краснодар, ул. М. Седина, 4
Список литературы
1. O'Loughlin PF, Morr S, Bogunovic L, Kim AD, Park B, Lane JM. Selection and development of preclinical models in fracture-healing research. J Bone Joint Surg Am. 2008;90(suppl 1):79–84. PMID: 18292361. https://doi.org/10.2106/JBJS.G.01585
2. Waterston RH, Lindblad-Toh K, Birney E, et al. Initial sequencing and comparative analysis of the mouse genome. Nature. 2002;420(6915):520–562. PMID: 12466850. https://doi.org/10.1038/nature01262
3. Kabata T, Kubo T, Matsumoto T, et al. Onset of steroid-induced osteonecrosis in rabbits and its relationship to hyperlipaemia and increased free fatty acids. Rheumatology (Oxford). 2005;44(10):1233–1237. PMID: 15972352. https://doi.org/10.1093/rheumatology/keh721
4. Castañeda S, Largo R, Calvo E, et al. Bone mineral measurements of subchondral and trabecular bone in healthy and osteoporotic rabbits. Skeletal Radiol. 2006;35(1):34–41. PMID: 16247642. https://doi.org/10.1007/s00256-005-0022-z
5. Newman E, Turner AS, Wark JD. The potential of sheep for the study of osteopenia: current status and comparison with other animal models. Bone. 1995;16(suppl 4):277S–284S. PMID: 7626315. https://doi.org/10.1016/S8756-3282(95)80121-9
6. Barradas AMC, Yuan H, van Blitterswijk CA, Habibovic P. Osteoinductive biomaterials: current knowledge of properties, experimental models and biological mechanisms. Eur Cell Mater. 2011;21:407–429; discussion 429. PMID: 21604242. https://doi.org/10.22203/ecm.v021a31
7. Reinwald S, Burr D. Review of nonprimate, large animal models for osteoporosis research. J Bone Miner Res. 2008;23(9):1353–1368. PMID: 18505374. PMCID: PMC2683153. https://doi.org/10.1359/jbmr.080516
8. Takagi K, Urist MR. The reaction of the dura to bone morphogenetic protein (BMP) in repair of skull defects. Ann Surg. 1982;196(1):100–109. PMID: 7092346. PMCID: PMC1352505. https://doi.org/10.1097/00000658-198207000-00020
9. Hollinger JO, Kleinschmidt JC. The critical size defect as an experimental model to test bone repair materials. J Craniofac Surg. 1990;1(1):60–68. PMID: 19655154. https://doi.org/10.1097/00001665-199001000-00011
10. Gosain AK, Song L, Yu P, et al. Osteogenesis in cranial defects: reassessment of the concept of critical size and the expression of TGF-beta isoforms. Plast Reconstr Surg. 2000;106(2):360–371; discussion 372. PMID: 10946935. https://doi.org/10.1097/00006534-200008000-00018
11. Cooper GM, Mooney MP, Gosain AK, Campbell PG, Losee JE, Huard J. Testing the “critical size” in calvarial bone defects: revisiting the concept of a critical-size defect (CSD). Plast Reconstr Surg. 2010;125(6):1685–1692. PMID: 20517092. PMCID: PMC2946111. https://doi.org/10.1097/PRS.0b013e3181cb63a3
12. Einhorn TA. Clinically applied models of bone regeneration in tissue engineering research. Clin Orthop Relat Res. 1999;367:S59–S67. PMID: 10546636. https://doi.org/10.1097/00003086-199910001-00007
13. Lindsey RW, Gugala Z, Milne E, Sun M, Gannon FH, Latta LL. The efficacy of cylindrical titanium mesh cage for the reconstruction of a critical-size canine segmental femoral diaphyseal defect. J Orthop Res. 2006;24(7):1438–1453. PMID: 16732617. https://doi.org/10.1002/jor.20154
14. Cottrell JA, O’Connor JP. Pharmacological inhibition of 5-lipoxygenase accelerates and enhances fracture-healing. J Bone Joint Surg Am. 2009;91(11):2653–2665. PMID: 19884440. https://doi.org/10.2106/jbjs.h.01844
15. Claes L, Blakytny R, Göckelmann M, Schoen M, Ignatius A, Willie B. Early dynamization by reduced fixation stiffness does not improve fracture healing in a rat femoral osteotomy model. J Orthop Res. 2009;27(1):22–27. PMID: 18634011. https://doi.org/10.1002/jor.20712
16. Barkhausen T, Probst C, Hildebrand F, Pape HC, Krettek C, van Griensven M. Insulin therapy induces changes in the inflammatory response in a murine 2-hit model. Injury. 2009;40(8):806–814. PMID: 19167710. https://doi.org/10.1016/j.injury.2008.07.018
17. Holstein JH, Garcia P, Histing T, et al. Advances in the establishment of defined mouse models for the study of fracture healing and bone regeneration. J Orthop Trauma. 2009;23(suppl 5):S31–S38. PMID: 19390374. https://doi.org/10.1097/BOT.0b013e31819f27e5
18. Hanratty BM, Ryaby JT, Pan XH, Li G. Thrombin related peptide TP508 promoted fracture repair in a mouse high energy fracture model. J Orthop Surg Res. 2009;4:1. PMID: 19175943. PMCID: PMC2649908. https://doi.org/10.1186/1749-799X-4-1
19. Garcia P, Holstein JH, Histing T, et al. A new technique for internal fixation of femoral fractures in mice: impact of stability on fracture healing. J Biomech. 2008;41(8):1689–1696. PMID: 18462739. https://doi.org/10.1016/j.jbiomech.2008.03.010
20. Мигулева И.Ю., Савотченко А.М., Петухова М.Н. и др. Две новые модели экспериментального дефекта кости на голени крысы для исследования регенерации костной ткани после пластики различными материалами. Вопросы реконструктивной и пластической хирургии. 2015;2(53):34–45.
21. Блаженко А.Н., Родин И.А., Понкина О.Н. и др. Влияние A-PRP-терапии на репаративную регенерацию костной ткани при свежих переломах костей конечностей. Инновационная медицина Кубани. 2019;3(15):32–38. https://doi.org/10.35401/2500-0268-2019-15-3-32-38
22. Живцов О.П., Алейник Д.Я., Орлинская Н.Ю., Митрофанов В.Н. Особенности регенерации костной ткани в условиях применения клеточно-инженерной конструкции для восстановления костного дефекта у кролика. Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. 2019;11:54–59. https://doi.org/10.17513/mjpfi.12931
23. Seeherman HJ, Azari K, Bidic S, et al. rhBMP-2 delivered in a calcium phosphate cement accelerates bridging of critical-sized defects in rabbit radii. J Bone Joint Surg Am. 2006;88(7):1553–1565. PMID: 16818982. https://doi.org/10.2106/JBJS.E.01006
24. Kang S-H, Chung Y-G, Oh I-H, Kim Y-S, Min K-O, Chung J-Y. Bone regeneration potential of allogeneic or autogeneic mesenchymal stem cells loaded onto cancellous bone granules in a rabbit radial defect model. Cell Tissue Res. 2014;355(1):81–88. PMID: 24169864. https://doi.org/10.1007/s00441-013-1738-z
25. Christou C, Oliver RA, Pelletier MH, Walsh WR. Ovine model for critical-size tibial segmental defects. Comp Med. 2014;64(5):377–385. PMID: 25402178. PMCID: PMC4236786.
26. Gugala Z, Lindsey RW, Gogolewski S. New approaches in the treatment of critical-size segmental defects in long bones. Macromol Symp. 2007;253:147–161. https://doi.org/10.1002/masy.200750722
27. Takigami H, Kumagai K, Latson L, et al. Bone formation following OP-1 implantation is improved by addition of autogenous bone marrow cells in a canine femur defect model. J Orthop Res. 2007;25(10):1333–1342. PMID: 17551968. https://doi.org/10.1002/jor.20411
28. Malhotra A, Pelletier MH, Yu Y, Christou C, Walsh WR. A sheep model for cancellous bone healing. Front Surg. 2014;1:37. PMID: 25593961. PMCID: PMC4286987. https://doi.org/10.3389/fsurg.2014.00037
29. Liu G, Guo Y, Zhang L, et al. A standardized rat burr hole defect model to study maxillofacial bone regeneration. Acta Biomater. 2019;86:450–464. PMID: 30605772. https://doi.org/10.1016/j.actbio.2018.12.049
30. Liu H-Y, Liu X, Zhang L-P, Ai H-J, Cui F-Z. Improvement on the performance of bone regeneration of calcium sulfate hemihydrate by adding mineralized collagen. Tissue Eng Part A. 2010;16(6):2075–2084. PMID: 20136401. https://doi.org/10.1089/ten.tea.2009.0669
31. Young S, Bashoura AG, Borden T, et al. Development and characterization of a rabbit alveolar bone nonhealing defect model. J Biomed Mater Res. 2008;86(1):182–194. PMID: 17969052. https://doi.org/10.1002/jbm.a.31639
32. Cheng G, Li Z, Wan Q, et al. A novel animal model treated with tooth extraction to repair the full-thickness defects in the mandible of rabbits. J Surg Res. 2015;194(2):706–716. PMID: 25491176. https://doi.org/10.1016/j.jss.2014.11.010
33. Regan JD, Witherspoon DE, Foyle D. Surgical repair of root and tooth perforations. Endodontic Topics. 2005;11(1):152–178. https://doi.org/10.1111/j.1601-1546.2005.00183.x
34. Ye L, Zeng X, Li H, Wang Z. Fabrication and biocompatibility of porously bioactive scaffold of nonstoichiometric apatite and poly(ε-caprolactone) nanocomposite. J Appl Polym Sci. 2010;116:762–770. https://doi.org/10.1002/app.31466
35. Marei HF, Mahmood K, Almas K. Critical size defects for bone regeneration experiments in the dog mandible: a systematic review. Implant Dent. 2018;27(1):135–141. PMID: 29283895. https://doi.org/10.1097/ID.0000000000000713
36. Pearce AI, Richards RG, Milz S, Schneider E, Pearce SG. Animal models for implant biomaterial research in bone: a review. Eur Cell Mater. 2007;13:1–10. PMID: 17334975. https://doi.org/10.22203/ecm.v013a01
37. Henkel KO, Gerber T, Lenz S, Gundlach KK, Bienengräber V. Macroscopical, histological, and morphometric studies of porous bone-replacement materials in minipigs 8 months after implantation. Oral Surg Oral Med Oral Pathol Oral Radiol Endod. 2006;102(5):606–613. PMID: 17052636. https://doi.org/10.1016/j.tripleo.2005.10.034
38. Ruehe B, Niehues S, Heberer S, Nelson K. Miniature pigs as an animal model for implant research: bone regeneration in critical-size defects. Oral Surg Oral Med Oral Pathol Oral Radiol Endod. 2009;108(5):699–706. PMID: 19782620. https://doi.org/10.1016/j.tripleo.2009.06.037
39. Carlisle PL, Guda T, Silliman DT, Lien W, Hale RG, Brown Baer PR. Investigation of a pre-clinical mandibular bone notch defect model in miniature pigs: clinical computed tomography, micro-computed tomography, and histological evaluation. J Korean Assoc Oral Maxillofac Surg. 2016;42(1):20–30. PMID: 26904491. PMCID: PMC4761569. https://doi.org/10.5125/jkaoms.2016.42.1.20
40. Gomes PS, Fernandes MH. Rodent models in bone-related research: the relevance of calvarial defects in the assessment of bone regeneration strategies. Lab Anim. 2011;45(1):14–24. PMID: 21156759. https://doi.org/10.1258/la.2010.010085
41. Gupta DM, Kwan MD, Slater BJ, Wan DC, Longaker MT. Applications of an athymic nude mouse model of nonhealing critical-sized calvarial defects. J Craniofac Surg. 2008;19(1):192–197. PMID: 18216688. https://doi.org/10.1097/scs.0b013e31815c93b7
42. Develioglu H, Unver Saraydin S, Kartal U. The bonehealing effect of a xenograft in a rat calvarial defect model. Dent Mater J. 2009;28(4):396–400. PMID: 19721275. https://doi.org/10.4012/dmj.28.396
43. Vajgel A, Mardas N, Farias BC, Petrie A, Cimões R, Donos N. A systematic review on the critical size defect model. Clin Oral Implants Res. 2014;25(8):879–893. PMID: 23742162. https://doi.org/10.1111/clr.12194
44. Guda T, Darr A, Silliman DT, et al. Methods to analyze bone regenerative response to different rhBMP-2 doses in rabbit craniofacial defects. Tissue Eng Part C Methods. 2014;20(9):749–760. PMID: 24422668. PMCID: PMC4152791. https://doi.org/10.1089/ten.TEC.2013.0581
45. Choi BH, Im CJ, Huh JY, Suh JJ, Lee SH. Effect of platelet-rich plasma on bone regeneration in autogenous bone graft. Int J Oral Maxillofac Surg. 2004;33(1):56–59. PMID: 14690660. https://doi.org/10.1054/ijom.2003.0466
46. Muschler GF, Raut VP, Patterson TE, Wenke JC, Hollinger JO. The design and use of animal models for translational research in bone tissue engineering and regenerative medicine. Tissue Eng Part B Rev. 2010;16(1):123–145. PMID: 19891542. https://doi.org/10.1089/ten.TEB.2009.0658
Рецензия
Для цитирования:
Ананьева А.Ш., Бараева Л.М., Быков И.М., Веревкина Ю.В., Курзанов А.Н. МОДЕЛИРОВАНИЕ ПОВРЕЖДЕНИЙ КОСТНЫХ СТРУКТУР В ЭКСПЕРИМЕНТАХ НА ЖИВОТНЫХ. Инновационная медицина Кубани. 2021;(1):47-55. https://doi.org/10.35401/2500-0268-2021-21-1-47-55
For citation:
Ananeva A.S., Baraeva L.M., Bykov I.M., Verevkina Yu.V., Kurzanov A.N. MODELING OF BONE INJURIES IN ANIMAL EXPERIMENTS. Innovative Medicine of Kuban. 2021;(1):47-55. (In Russ.) https://doi.org/10.35401/2500-0268-2021-21-1-47-55
Просмотров: 430
Послать статью по эл. почте 
