Einfluss von Konservierung auf die biomechanische Kompetenz von Knochen im Mausmodell

Abstract

Knochen wächst, wandelt sich und kann sich unter dem Einfluss verschiedener Faktoren funktionell anpassen. Erkrankungen des Knochens führen zu Beeinträchtigung dieser Eigenschaften, ihre Diagnostik und Behandlung muss an geeigneten Modellen erforscht werden. Seit der Sequnezierung ihres genetischen Codes spielen Mäuse eine zunehmend größere Rolle auf diesem Gebiet, die biomechanische Untersuchung ihrer kleinen Knochen erfordert jedoch besondere Sorgfalt. Nicht immer können Knochen sofort nach der Entnahme einer biomechanischen Testung zugeführt werden. Um den Gewebezerfall mit den Konsequenzen der Trocknung, Fäulnis oder Verwesung zu verhindern, muss auf konservierende Maßnahmen zurückgegriffen werden. Anhand der Drei-Punkt-Biegung von Femora des C57/Bl6-Stammes wurden trockenes Gefrieren bei –20°C, Konservierung mit 3,7%-igem gepuffertem und ungepufferem Formaldehyd, Konservierung mit 80%-igem Ethanol und Fixierung mit 5%-igem Glutaraldehyd in ihrer Eignung als Konservierungsmethoden über einen Zeitraum von jeweils sieben Wochen miteinander verglichen. Die Morphometrie per µCT floss zur Ermittlung intrinsischer Materialeigenschaften in den Versuchsaufbau mit ein, dabei wurden jeweils die Femora der frisch getesteten Kontrollgruppe gescannt. Direkt aus den aufgezeichneten Kraft-Weg-Diagrammen ermittelt wurden die Bruchlast, die maximale Durchbiegung, die Steifigkeit und die Work-to-failure. Im Zusammenhang mit den Daten aus der Morphometrie konnten zusätzlich der Elastizitätsmodul und die Zugspannung errechnet werden. Gefrieren und Konservieren mit Glutaraldehyd wirkten sich nicht signifikant verändernd auf die biomechanischen Eigenschaften aus. Gepuffertes Formaldehyd führte zu signifikanten Erhöhungen von Bruchlast, Steifigkeit, Elastizitätsmodul und Zugspannung sowie zu signifikanten Verringerungen der maximalen Durchbiegung und der Work-to-failure. Ungepuffertes Formaldehyd wirkte signifikant erhöhend auf die Bruchlast und die Zugspannung, Ethanol auf die maximale Durchbiegung..

Bone is able to grow, to remodel, and to adapt functionally under the influence of different factors. Bone disease limits the possibilities of adaption and functionality. Appropriate animal models help finding ways of diagnosis and treatment. The role of the mouse model has gained importance since the sequencing of its genetic code in 2002, but biomechanic testing of small bones requires special arrangements and carefulness. Committing fresh bone to biomechanic testing directly after removal can be considered ideal, due to logistic reasons this is not always possible. Tissue decline through drying or rotting must be prevented by applying different preservatives. Using three-point-bending on C57/Bl6 femora after dry-freezing at -20°C, fixation with buffered and non-buffered 3,7% formaldehyde, 80% ethanol and 5% glutaraldehyde each applied for a period of seven weeks, the different methods were compared with each other hoping to find the ideal method which least altered the biomechanic competence of murine bone. Morphometric measurement of the fresh femora (control-group) by µCT was included to find out intrinsic qualities. Maximum load, Umax, Stiffness and work-to-failure could be extracted directly from the recorded force-displacement-curves. Morphometric data enabled us to calculate modulus of elasticity and tension. Dry-freezing and fixation with glutaraldehyd had no significant influence on the biomechanik properties of mouse bone. Buffered fomaldehyde led to significant increase of maximum load, stiffness, modulus of elasticity and tension as well as significant decrease of Umax and work-to-failure. Non-buffered formaldehyde significantly increased maximum load and tension, while ethanol significantly increased Umax.