Introduction Segmental bone defects (SBDs) are devastating injuries sustained by warfighters and are difficult to heal. Preclinical models that accurately simulate human conditions are necessary to investigate therapies to treat SBDs. We have developed two novel porcine SBD models that take advantage of similarities in bone healing and immunologic response to injury between pigs and humans. The purpose of this study was to investigate the efficacy of Bone Morphogenetic Protein-2 (BMP-2) to heal a critical sized defect (CSD) in two novel porcine SBD models. Materials and Methods Two CSDs were performed in Yucatan Minipigs including a 25.0-mm SBD treated with intramedullary nailing (IMN) and a 40.0-mm SBD treated with dual plating (ORIF). In control animals, the defect was filled with a custom spacer and a bovine collagen sponge impregnated with saline (IMN25 Cont, n = 8; ORIF40 Cont, n = 4). In experimental animals, the SBD was filled with a custom spacer and a bovine collage sponge impregnated with human recombinant BMP-2 (IMN25 BMP, n = 8; ORIF40 BMP, n = 4). Healing was quantified using monthly modified Radiographic Union Score for Tibia Fractures (mRUST) scores, postmortem CT scanning, and torsion testing. Results BMP-2 restored bone healing in all eight IMN25 BMP specimens and three of four ORIF40 BMP specimens. None of the IMN25 Cont or ORIF40 Cont specimens healed. mRUST scores at the time of sacrifice increased from 9.2 (±2.4) in IMN25 Cont to 15.1 (±1.0) in IMN25 BMP specimens (P < .0001). mRUST scores increased from 8.2 (±1.1) in ORIF40 Cont to 14.3 (±1.0) in ORIF40 BMP specimens (P < .01). CT scans confirmed all BMP-2 specimens had healed and none of the control specimens had healed in both IMN and ORIF groups. BMP-2 restored 114% and 93% of intact torsional stiffness in IMN25 BMP and ORIF40 BMP specimens. Conclusions We have developed two porcine CSD models, including fixation with IMN and with dual-plate fixation. Porcine models are particularly relevant for SBD research as the porcine immunologic response to injury closely mimics the human response. BMP-2 restored healing in both CSD models, and the effects were evident within the first month after injury. These findings support the use of both porcine CSD models to investigate new therapies to heal SBDs.

中文翻译：

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骨形态发生蛋白 2 可快速治愈猪模型中两种截然不同的临界尺寸节段性骨干骨缺损

简介 节段性骨缺损 (SBD) 是战士遭受的毁灭性伤害，并且难以治愈。准确模拟人类条件的临床前模型对于研究治疗 SBD 的疗法是必要的。我们开发了两种新型猪 SBD 模型，它们利用了猪和人在骨愈合和对损伤的免疫反应方面的相似性。本研究的目的是研究骨形态发生蛋白 2 (BMP-2) 在两种新型猪 SBD 模型中治愈临界尺寸缺陷 (CSD) 的功效。材料和方法 在 Yucatan Minipigs 中进行了两个 CSD，包括用髓内钉 (IMN) 处理的 25.0-mm SBD 和用双板 (ORIF) 处理的 40.0-mm SBD。在控制动物中，用定制的垫片和用盐水浸渍的牛胶原海绵填充缺损（IMN25 续，n = 8；ORIF40 续，n = 4）。在实验动物中，SBD 充满了定制的垫片和用人类重组 BMP-2（IMN25 BMP，n = 8；ORIF40 BMP，n = 4）浸渍的牛拼贴海绵。使用每月修正的胫骨骨折放射联合评分 (mRUST) 评分、尸检 CT 扫描和扭转测试对愈合进行量化。结果 BMP-2 恢复了所有八个 IMN25 BMP 标本和四个 ORIF40 BMP 标本中的三个的骨愈合。IMN25 Cont 或 ORIF40 Cont 标本均未愈合。处死时的 mRUST 评分从 IMN25 Cont 的 9.2 (±2.4) 增加到 IMN25 BMP 标本的 15.1 (±1.0) (P < .0001)。mRUST 分数从 ORIF40 Cont 中的 8.2 (±1.1) 增加到 14.3 (±1. 0) 在 ORIF40 BMP 标本中 (P < .01)。CT 扫描证实所有 BMP-2 标本均已愈合，IMN 和 ORIF 组的对照标本均未愈合。BMP-2 在 IMN25 BMP 和 ORIF40 BMP 标本中恢复了 114% 和 93% 的完整扭转刚度。结论 我们开发了两种猪 CSD 模型，包括 IMN 固定和双板固定。猪模型与 SBD 研究特别相关，因为猪对损伤的免疫反应与人类反应非常相似。BMP-2 恢复了两种 CSD 模型的愈合，并且效果在受伤后的第一个月内很明显。这些发现支持使用两种猪 CSD 模型来研究治愈 SBD 的新疗法。CT 扫描证实所有 BMP-2 标本均已愈合，IMN 和 ORIF 组的对照标本均未愈合。BMP-2 在 IMN25 BMP 和 ORIF40 BMP 标本中恢复了 114% 和 93% 的完整扭转刚度。结论 我们开发了两种猪 CSD 模型，包括 IMN 固定和双板固定。猪模型与 SBD 研究特别相关，因为猪对损伤的免疫反应与人类反应非常相似。BMP-2 恢复了两种 CSD 模型的愈合，并且效果在受伤后的第一个月内很明显。这些发现支持使用两种猪 CSD 模型来研究治愈 SBD 的新疗法。CT 扫描证实所有 BMP-2 标本均已愈合，IMN 和 ORIF 组的对照标本均未愈合。BMP-2 在 IMN25 BMP 和 ORIF40 BMP 标本中恢复了 114% 和 93% 的完整扭转刚度。结论 我们开发了两种猪 CSD 模型，包括 IMN 固定和双板固定。猪模型与 SBD 研究特别相关，因为猪对损伤的免疫反应与人类反应非常相似。BMP-2 恢复了两种 CSD 模型的愈合，并且效果在受伤后的第一个月内很明显。这些发现支持使用两种猪 CSD 模型来研究治愈 SBD 的新疗法。包括 IMN 固定和双板固定。猪模型与 SBD 研究特别相关，因为猪对损伤的免疫反应与人类反应非常相似。BMP-2 恢复了两种 CSD 模型的愈合，并且效果在受伤后的第一个月内很明显。这些发现支持使用两种猪 CSD 模型来研究治愈 SBD 的新疗法。包括 IMN 固定和双板固定。猪模型与 SBD 研究特别相关，因为猪对损伤的免疫反应与人类反应非常相似。BMP-2 恢复了两种 CSD 模型的愈合，并且效果在受伤后的第一个月内很明显。这些发现支持使用两种猪 CSD 模型来研究治愈 SBD 的新疗法。