Original Paper

International Orthopaedics

, Volume 32, Issue 3, pp 395-402

First online:

Continuous infusion of insulin-like growth factor-I into the epiphysis of the tibia

  • Aziz AbbaspourAffiliated withDepartment of Orthopedics, Institute of Health Biosciences, the University of Tokushima Graduate School
  • , Shinjiro TakataAffiliated withDepartment of Orthopedics, Institute of Health Biosciences, the University of Tokushima Graduate School
  • , Yoshito MatsuiAffiliated withDepartment of Orthopedics, Institute of Health Biosciences, the University of Tokushima Graduate School
  • , Shinsuke KatohAffiliated withDepartment of Orthopedics, Institute of Health Biosciences, the University of Tokushima Graduate School
  • , Mitsuhiko TakahashiAffiliated withDepartment of Orthopedics, Institute of Health Biosciences, the University of Tokushima Graduate School
  • , Natsuo YasuiAffiliated withDepartment of Orthopedics, Institute of Health Biosciences, the University of Tokushima Graduate School Email author 

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Abstract

We have developed a method to promote longitudinal bone growth at the level of a specific growth-plate (GP) in young rabbits. Insulin-like growth factor-I (IGF-I) was continuously infused by means of an osmotic pump into the bone marrow cavity of the proximal epiphysis of the tibia. Radiological measurement showed a 2-mm overgrowth of the tibia after 4 weeks of treatment, while histological analysis demonstrated a 15% increase in the thickness of the selected GP. The local infusion of IGF-I increased the numbers of both proliferative and hypertrophic chondrocytes and promoted hyperplasia of bony trabeculae within the epiphysis. The distribution of material infused locally into the epiphysis was simulated by the infusion of Indian ink using the same methodology (osmotic pump) as that for IGF-I. Most of the dye remained within the bone marrow cavity of the epiphysis, but a portion infiltrated into the GP, reaching the deep layer of the physeal chondrocytes and primary spongiosa of the metaphysis. These results suggest that the method reported here is a valid one for delivering cytokines or growth factors to the selected GP and for controlling the growth and differentiation of physeal chondrocytes.

Résumé

Nous avons mis au point une méthode pour évaluer la croissance longitudinale du cartilage de croissance chez les jeunes lapins. Nous avons utilisé pour cela une pompe osmotique avec utilisation d’un facteur de croissance (IGF1) insuline like growth factor en injection continue au niveau de la cavité médullaire à proximité de l’épiphyse du tibia. Radiologiquement, les mesures ont montré 2 mm de croissance supplémentaire sur le tibia après 4 semaines de traitement. L’analyse histologique a également montré que le cartilage s’était épaissi de 15%, le nombre de chaque type de chondrocyte étant augmenté. Par ailleurs cette perfusion d’IGF1 entraîne une hyperplasie de l’os trabéculaire au voisinage de l’épiphyse. La diffusion du produit a été visualisée à l’aide d’un marqueur à base d’encre de chine injecté en même temps dans la pompe osmotique. La plupart du liquide reste au niveau de la cavité médullaire de l’épiphyse et une partie de ce liquide s’infiltre au niveau de la plaque de croissance atteignant les couches profondes et l’os spongieux primaire de la métaphyse. Ces résultats nous permettent de penser que cette méthode est utile pour apporter des cytokines et des facteurs de croissance de façon sélective au niveau de la plaque de croissance et permet également de contrôler la croissance et la différenciation cellulaire des chondrocytes.