Characterization of the masquelet induced membrane technique in a murine segmental bone defect model

Abstract

Objective: To reproduce in an animal model the surgical technique of Masquelet used in the treatment of critical bone defects and to analyze the characteristics of the membrane formed around the bone cement.

Methods: A 10mm critical defect was created in the femoral shaft of 21 SpragueDawley rats. After resection of the central portion of the diaphysis, the defect was stabilized with a Kirschner wire introduced through the medullary canal and with the interposition of a bone cement spacer. After 2, 4, and 6 weeks of the surgical procedure, the animals were euthanized and evaluated on radiographs of the posterior limb regarding the size of the defect, alignment and stability of the osteosynthesis. The membranes formed around the spacer were subjected to histological analysis to assess thickness, connective tissue maturation and vascular density.

Results: Over time, the membranes initially made up of loose connective tissue were replaced by membranes represented by dense connective tissue, rich in thick collagen fibers. At six weeks, membrane thickness was greater (565 208μm) than at four (186.9 70.21μm, p ¼ 0.0002) and two weeks (252.2 55.1μm, p ¼ 0.001). All membranes from the initial time showed foci of osteogenic differentiation that progressively reduced over time.

Conclusion: In addition to the structural and protective function of the membrane, its intrinsic biological characteristics can actively contribute to bone regeneration. The biological activity attributed by the presence of foci of osteogenesis confers to the membrane the potential of osteoinduction that favors the local conditions for the integration of the bone graft.

Objetivo: Reproduzir em modelo animal a técnica cirúrgica de Masquelet utilizada no tratamento de defeitos ósseos críticos e analisar as características da membrana formada em torno do cimento ósseo.

Método: Um defeito crítico de 10mm foi realizado na diáfise femoral de 21 ratos Sprague-Dawley. Após a ressecção da porção central da diáfise o defeito foi estabilizado com fio de Kirschner introduzido pelo canal medular e com a interposição de espaçador de cimento ósseo. Após 2, 4, e 6 semanas do procedimento cirúrgico os animais foram eutanasiados e avaliados em radiografias do membro posterior quanto ao tamanho do defeito, o alinhamento e a estabilidade da osteossíntese. As membranas formadas em torno do espaçador foram submetidas a análise histológica para avaliação da espessura, da maturação do tecido conjuntivo e da densidade vascular.

Resultado: Ao longo do tempo as membranas inicialmente constituídas por tecido conjuntivo frouxo foram substituídas por membranas representadas por tecido conjuntivo denso, rico em fibras colágenas espessas. Com seis semanas a espessura das membranas foi maior (565 208μm) do que com quatro (186,9 70,21μm, p ¼ 0,0002) e duas semanas (252,2 55,1μm, p ¼ 0,001). Todas as membranas do tempo inicial apresentaram focos de diferenciação osteogênica que reduziram progressivamente ao longo do tempo.

Conclusão: Além da função estrutural e protetora da membrana, suas características biológicas intrínsecas podem contribuir ativamente para a regeneração óssea. A atividade biológica atribuída pela presença de focos de osteogênese confere à membrana potencial de osteoindução que favorece as condições locais para a integração do enxerto ósseo.