Comparison of Bone Graft Preparations to Treat a Critical Bone Defect on a Rodent Animal Model

TL;DR

This study compares different ways to prepare bone grafts in rats to find the most effective treatment for critical bone defects.

Contribution

The study experimentally demonstrates that chopped bone grafts outperform macerated grafts in healing critical bone defects in rodent models.

Findings

Chopped bone grafts showed the highest percentage of bone defect fulfillment compared to simulated and macerated grafts.

Densitometry and nCT analyses revealed higher bone mass and significant bone regeneration in the chopped group.

Biomechanical tests indicated superior strength and stiffness in the chopped group at all timepoints.

Abstract

Objective
 Although autologous bone grafting is the most widely used treatment for bone defects, the most effective preparation remains unclear. This animal study aimed to compare different autologous bone grafting preparation for the treatment of rat́s calvaria critical bone defect.

Methods
 122 rats were randomly allocated into three groups: Simulado, Macerated and Chopped. The specimens underwent craniotomies at the top center of their calvarias with a 7mm diameter circumferential cutter drill. The critical bone defect produced was treated or not according to the group the specimen wasallocated. The rats were euthanized at 3, 6 or 12 weeks post-op and its calvarias were analyzed by histomorphometry, bone densitometry, nanocomputed tomography (nCT), and biomechanical tests.

Results
 The histomorphometry analysis showed the highest percentage of fulfillment of the critical bone defect in the chopped and macerated group when compared to simulado. The densitometry assessment evidenced higher bone mass at all endpoints analysis (p < 0.05) in the chopped group. The nCT data exhibited an expressive increase of bone in the chopped group when compared with the simulado and macerated groups. The biomechanical tests exhibited highest values of deformation, maximum force, and relative stiffness in the chopped group at any time of euthanasia (p < 0.05).

Conclusions
 Our experimental work showed that chopped bone grafting preparation exhibited significant better outcomes than macerated in the treatment of a critical bone defect in rat́s calvaria.

Objetivo
Embora enxertos ósseos autólogos sejam o tratamento mais utilizado para defeitos ósseos, a preparação mais eficaz ainda é obscura. Este estudo animal teve como objetivo comparar diferentes preparações de enxerto ósseo autólogo para o tratamento de defeito ósseo crítico no crânio de ratos.

Métodos
 No total, 122 ratos foram alocados aleatoriamente em três grupos: Simulado, enxerto macerado e enxerto picado. Os espécimes foram submetidos a craniotomias no centro superior do crânio com broca de corte circunferencial de 7 mm de diâmetro. O defeito ósseo crítico produzido foi tratado ou não de acordo com o grupo de alocação do animal. Os ratos foram eutanasiados às 3, 6 ou 12 semanas após a cirurgia e seus crânios foram analisados por histomorfometria, densitometria óssea, nanotomografia computadorizada (nTC) e testes biomecânicos.

Resultados
 A análise histomorfométrica mostrou maior percentual de preenchimento do defeito ósseo crítico no grupo picado e macerado em comparação ao simulado. A avaliação densitométrica evidenciou maior massa óssea em todos os desfechos de análise (p < 0,05) no grupo picado. Os dados de nTC revelaram um aumento ósseo expressivo no grupo picado em comparação aos grupos simulado e macerado. Os testes biomecânicos mostraram maiores valores de deformação, resistência máxima e rigidez relativa no grupo picado em qualquer momento da eutanásia (p < 0,05).

Conclusões
 Nosso estudo mostrou que a preparação de enxerto ósseo picado gerou resultados significativamente melhores do que os enxertos macerados no tratamento de defeitos ósseos críticos no crânio de ratos.

Figures