Summary
El presente protocolo describe la maceración y limpieza del hueso cadavérico con una técnica de inmersión en baño de agua caliente sellada al vacío. Este es un método de bajo costo, seguro y efectivo para producir muestras anatómicas para la planificación quirúrgica y la educación médica como alternativa a los modelos impresos tridimensionales (3D).
Abstract
Los modelos óseos sirven para muchos propósitos, incluida la mejora de la comprensión anatómica, la planificación quirúrgica preoperatoria y la referencia intraoperatoria. Se han descrito varias técnicas para la maceración de tejidos blandos, principalmente para análisis forense. Para la investigación clínica y el uso médico, estos métodos han sido reemplazados por modelos impresos tridimensionales (3D), que requieren un equipo y experiencia sustanciales, y son costosos. Aquí, el hueso vertebral de oveja cadavérica se limpió sellando al vacío la muestra con detergente comercial para lavar platos, sumergiéndola en un baño de agua caliente y, posteriormente, eliminando manualmente el tejido blando. Esto eliminó las desventajas de los métodos de maceración previamente existentes, como la existencia de malos olores, el uso de productos químicos peligrosos, equipos sustanciales y altos costos. La técnica descrita produjo muestras limpias y secas manteniendo los detalles anatómicos y la estructura para modelar con precisión las estructuras óseas que pueden ser útiles para la planificación preoperatoria y la referencia intraoperatoria. El método es simple, de bajo costo y efectivo para la preparación de modelos óseos para la educación y la planificación quirúrgica en medicina veterinaria y humana.
Introduction
La eliminación de tejidos blandos y la limpieza de huesos son necesarios para la investigación forense, médica y biológica, y la educación veterinaria y médica. La mayoría de las técnicas se han desarrollado con fines forenses, minimizando el daño al hueso para preservar la mayor cantidad de detalles posible. Esto puede proporcionar un modelo óseo preciso y tangible para la planificación quirúrgica preoperatoria, así como para la toma de decisiones intraoperatorias para ayudar a minimizar las complicaciones 1,2,3. Esto es beneficioso en la cirugía al reducir los tiempos de operación y la pérdida de sangre y mejorar la comunicación entre los cirujanos, en comparación con la planificación con imágenes 2D4. El uso de estos modelos también puede reducir la dependencia de las imágenes intraoperatorias, como la fluoroscopia, que puede reducir la exposición del personal a la radiación.
El hueso esquelético de cadáveres se ha utilizado históricamente para estos modelos; sin embargo, los avances tecnológicos han empujado hacia el uso de modelos manufacturados y, más recientemente, modelos impresos tridimensionales (3D). Los modelos óseos dependen de la disponibilidad de muestras cadavéricas y la eficiencia del procesamiento de estas muestras en modelos utilizables. La impresión 3D tiene la ventaja de la libertad creativa, permitiendo modelos anatómicos y específicos del paciente, especialmente cuando hay anomalías anatómicas o neoplasias, o si el hardware necesita ser fabricado o aumentado para adaptarse al paciente1. Estas muestras también pueden ser esterilizadas y manipuladas por los cirujanos durante un procedimiento. Sin embargo, esta libertad tiene un costo, ya que requiere tomografías computarizadas (TC), los materiales y equipos requeridos pueden ser costosos, y la experiencia es esencial para crear los modelos en el software requerido 1,4. Además, estos factores pueden limitar la precisión y la calidad del modelo y, por lo tanto, la planificación quirúrgica y el éxito1. Los modelos impresos en 3D pueden no ser la mejor opción para los casos en que no hay necesidad de anatomía específica del paciente y donde existe un requisito inmediato para el modelo.
Los métodos comúnmente aplicados para la eliminación de tejidos blandos del hueso cadavérico incluyen la limpieza manual, la maceración bacteriana, la maceración química, la cocción y la maceración de insectos 5,6. El éxito de estos métodos se basa generalmente en el costo, tiempo, mano de obra, equipo, seguridad y calidad del producto final 5,7. La limpieza manual requiere la mayor cantidad de mano de obra y una cantidad significativa de tiempo, pero implica un equipo mínimo5. La maceración bacteriana consiste en dejar la muestra en un baño de agua fría o tibia durante largos períodos de tiempo, a menudo hasta 3 semanas, permitiendo que las bacterias descompongan el tejido6. Esto crea olores desagradables, requiere equipo adicional para tratar las bacterias y crea un peligro de bioseguridad para el usuario 5,6. El uso de escarabajos dermestidos es muy efectivo con una mano de obra mínima, pero requiere la adquisición de una colonia y la cría de los animales, y no se considera una inversión económica si se usa con poca frecuencia 6,7. La maceración química generalmente implica el uso de enzimas como tripsina, pepsina y papaína, o detergentes comerciales que contienen sustancias como tensioactivos y enzimas 5,8. Aunque este método proporciona resultados más rápidos, los productos químicos utilizados, como el hidróxido de sodio, el amoníaco, la lejía y la gasolina, pueden representar un riesgo para la salud y la seguridad y producir olores nocivos que requieren equipo de protección personal (EPP) y una campana extractora 5,7,8,9. Finalmente, el calentamiento prolongado proporciona otro método mínimamente intensivo, pero puede producir olores que requieren ventilación10.
Un método simple, seguro y de bajo costo para la preparación de modelos anatómicos óseos proporcionaría una herramienta útil para cirujanos, estudiantes, educadores e investigadores. Este artículo describe un método novedoso para preparar modelos de huesos esqueléticos que evita olores desagradables y productos químicos nocivos, y produce un modelo quirúrgico detallado con un equipo y mano de obra mínimos.
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Protocol
Las espinas lumbares se cosecharon de ovejas adultas cruzadas merinas (Ovis aries) de 4 años siguiendo las directrices éticas del Comité de Cuidado y Ética Animal de los Laboratorios de Investigación Quirúrgica y Ortopédica. Siguiendo el método institucionalmente aprobado de eutanasia humana, las espinas lumbares se cosecharon utilizando una herramienta de disección afilada, primero incisando a través de la piel y los tejidos subcutáneos, seguido de fascia y musculatura antes de la desarticulación en las uniones toracolumbar y lumbosacra. Una muestra cosechada se muestra en la Figura 1A.
1. Preparación para el baño inicial
- Retire manualmente el tejido blando (músculo, tejido conectivo, grasa, etc.) utilizando una herramienta de disección afilada (hoja de bisturí número 22) de la muestra de hueso antes de seguir procesando.
NOTA: Este paso es opcional; Sin embargo, eliminar la mayor cantidad posible de tejido blando reduce el tiempo que tarda el baño de agua en macerar los tejidos. El tamaño de la muestra (~20 cm x 10 cm x 8 cm) también se reduce; Por lo tanto, se pueden colocar más muestras en el baño. - Selle la muestra en una bolsa de plástico sellable a prueba de calor después de retirar el aire. Se recomienda utilizar una bolsa de vacío utilizando un dispositivo comercial de sellado al vacío (consulte la Tabla de materiales).
NOTA: No se requieren aditivos para el baño inicial de 24 h. Si hay músculo significativo que cubre todas las superficies del hueso y si ya hay un tejido blando mínimo y la mayoría de las superficies óseas de la muestra están expuestas, continúe con el paso 3.2 (Figura 1B).
2. Procedimiento para el baño inicial
- Sumergir completamente la muestra sellada en un baño maría a 70 °C durante 24 h.
- Después de 24 h, retire la bolsa del baño, ábrala y deje que la muestra se enfríe hasta que pueda manipularse.
3. Preparación para baños posteriores
- Retire la mayor cantidad posible de tejido blando del hueso con un bisturí afilado y agua corriente según sea necesario.
- Desarticule cualquier articulación con un bisturí afilado para exponer el tejido cartilaginoso.
- Mantenga las piezas desarticuladas in situ utilizando material como alambre ortopédico o bridas para cables (ver Tabla de materiales) para mantener la posición anatómica.
- Selle la muestra en una bolsa de vacío junto con 10 ml de detergente para lavar platos (consulte la Tabla de materiales) y 10 ml de agua del grifo.
NOTA: El volumen de detergente depende de la concentración, concentración y tamaño de la muestra.
4. Procedimiento para baños posteriores
- Sumergir completamente la muestra sellada en un baño maría a 70 °C durante 24 h.
- Después de 24 h, retire la bolsa del baño, ábrala y deje que la muestra se enfríe hasta que pueda manipularse.
- Evite dejar que la muestra se enfríe por completo, ya que esto permite que el cartílago ablandado se endurezca y se adhiera al hueso, volviéndose más difícil de eliminar.
NOTA: El tiempo requerido para el procesamiento de la muestra puede variar según el tamaño y el tipo, y la eliminación repetida de los baños posteriores puede ser innecesaria. Además, la muestra puede permanecer en el baño durante períodos prolongados, lo que puede ayudar en la eliminación provisional de tejidos.
- Evite dejar que la muestra se enfríe por completo, ya que esto permite que el cartílago ablandado se endurezca y se adhiera al hueso, volviéndose más difícil de eliminar.
- Retire la mayor cantidad de tejido blando posible con una herramienta de disección afilada (hoja de bisturí número 22 en un mango de bisturí dedicado) y agua corriente.
- Repita el paso 4 según sea necesario hasta que el hueso esté libre de material de tejido blando. En nuestra experiencia, esto debía repetirse solo una vez.
5. Finalización del procedimiento
- Lave la muestra con detergente líquido y enjuague bien con agua.
NOTA: Se puede usar alcohol para acelerar el secado. - Dejar secar la muestra durante aproximadamente 48 h.
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Representative Results
Siguiendo este protocolo, se crearon modelos de columna vertebral lumbar de oveja limpios y secos para la planificación quirúrgica y referencia. Las muestras que consisten en siete vértebras lumbares se procesaron dentro de los 4 días utilizando este método, con un baño inicial para eliminar la mayor parte del músculo y tres baños posteriores. La finalización de los baños fue indicada por la facilidad con la que el cartílago y el tejido conectivo se eliminaron del hueso. Esto varió según el tipo y la ubicación del cartílago; Las capas delgadas se eliminaron fácilmente después de uno o dos baños, pero el material grueso rodeado de otro tejido, como los discos intervertebrales, tomó tres o cuatro baños. Después de secarse durante 48 h, se esperaba que los huesos fueran mucho más ligeros en color y peso y se sintieran secos y no grasos. Los modelos óseos producidos proporcionan una representación precisa de la anatomía, preservando las finas estructuras óseas y los contornos del hueso, específicamente las facetas articulares, la placa terminal vertebral y los procesos transversales, en comparación con los modelos impresos en 3D. A modo de comparación, una columna vertebral lumbar ovina de oveja se escaneó por TC con un grosor de corte de 0,5 mm, se importó a un software de modelado 3D (consulte la Tabla de materiales) y se segmentó para producir un modelo de una vértebra individual. Luego se imprimió utilizando filamento de acrilonitrilo butadieno estireno (ABS) en una impresora 3D. La Figura 2 muestra el modelo impreso en 3D de una columna lumbar de oveja en comparación con el modelo cadavérico anatómico producido a partir de las inmersiones en baños de agua caliente sellados al vacío. Las imágenes comparativas muestran que el modelo impreso en 3D no detalla con precisión los detalles óseos finos de los especímenes cadavéricos, con una pérdida de detalles más finos, como los contornos del hueso, especialmente en los procesos transversales.
Figura 1: Muestras de espina lumbar de ovejas en diferentes etapas durante el procesamiento. (A) La columna lumbar recién cosechada requiere preparación y un baño inicial (pasos 1-2), mientras que (B) la muestra con un mínimo de tejido blando puede proceder a baños posteriores (paso 3.2). Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
Figura 2: Comparación cualitativa entre modelos óseos impresos en 3D y cadavéricos. Una comparación de (A, B) un modelo impreso en 3D y (C, D) un modelo óseo cadavérico demuestra la pérdida de detalle en puntos más finos, como los extremos de los procesos transversales y los detalles de facetas en el modelo impreso en 3D en relación con el hueso. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
Figura 3: Espinas lumbares de ovejas procesadas mediante inmersión en baño de agua caliente. Modelos procesados de columna lumbar de oveja en el mismo paso del procesamiento; sin embargo, la muestra en la (A) izquierda se procesó con detergente, y la muestra en la (B) derecha estaba sin. La diferencia en color y textura debe ser notada. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
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Discussion
Esta nota técnica tiene como objetivo describir un método simple, seguro y de bajo costo para producir un modelo óseo anatómico en beneficio de la educación veterinaria y médica y para su uso en la educación anatómica y la planificación quirúrgica.
Las pruebas piloto encontraron que una temperatura de baño de 70 ° C proporcionó el tiempo de procesamiento más rápido sin causar daños a las muestras. Las temperaturas más altas causaron una extensa descomposición del colágeno dentro del hueso, lo que resultó en muestras quebradizas con una textura calcárea. El baño caliente en este experimento fue específicamente para procesar muestras impresas en 3D y se usó debido a su conveniencia; Sin embargo, otras opciones comerciales menos costosas, como ollas de cocción lenta o dispositivos sous vide, pueden ser más accesibles.
La adición de detergente fue un paso crítico en el protocolo. En comparación con las muestras sin detergente, la adición de detergente redujo el tiempo de finalización de 168 h a 96 h. Las muestras sin detergente no se secaron completamente y aparecieron notablemente más oscuras con una sensación grasosa, ambas presumiblemente debido a la acumulación de lípidos dentro de la superficie ósea. Las muestras completas que parecen oscuras o grasosas podrían indicar la necesidad de detergente adicional (Figura 3). Durante las pruebas piloto, el detergente solo no se dispersó uniformemente a través de las muestras una vez selladas, lo que requirió el uso de agua adicionalmente. Cuando se agregaron agua y detergente a las bolsas antes del sellado, ocasionalmente hubo dificultades para crear un sello de vacío confiable, que se puede evitar congelando líquidos de antemano. El detergente utilizado en este protocolo, un detergente general para lavar platos, se eligió en función del costo y la disponibilidad. Este método se puede realizar utilizando cualquier detergente lavavajillas para obtener resultados similares. Otros limpiadores domésticos multiusos que contienen 2-butoxietanol pueden ayudar a desengrasar y descomponer los tejidos blandos de manera más efectiva y, por lo tanto, pueden ser beneficiosos para muestras con cartílago excesivo o duro, como los discos intervertebrales7. Los detergentes enzimáticos que digieren activamente los tejidos blandos podrían usarse para reducir el tiempo de maceración en comparación con los detergentes de limpieza regulares, pero los efectos pueden ser impredecibles, especialmente si el usuario no está familiarizado con su uso 6,10. Si bien la maceración enzimática presenta un mayor riesgo para la salud, tiene el potencial de reducir el tiempo de procesamiento de días a horas 5,6. Este método también se beneficia significativamente de la agitación para promover una reacción enzimática con el tejido blando, que puede verse obstaculizada por la falta de flujo dentro de la bolsa sellada al vacío.
La desarticulación de las vértebras fue notablemente más fácil cuando se agregó detergente; Además, después de los baños de detergente posteriores, los discos intervertebrales eran más suaves y fáciles de eliminar, presumiblemente debido a una mayor área de superficie para la penetración del detergente una vez desarticulados. Por lo tanto, las muestras se completaron en un tiempo más corto cuando se desarticularon de antemano. Del mismo modo, si las muestras iniciales contenían áreas gruesas de cartílago, puede ser necesaria la extracción manual entre baños para promover la penetración del detergente. Además, se ha demostrado que agitar un baño de maceración típico reduce significativamente el tiempo requerido, pero esto no es posible con muestras embolsadas10. Agregar detergente con pequeñas cantidades de agua en la bolsa y desarticular las juntas lo antes posible puede reducir el impacto de estas limitaciones.
Otro paso crítico fue evitar dejar que las muestras se enfriaran a temperatura ambiente después de retirarlas del baño caliente, ya que el calor residual permitió una eliminación más fácil del cartílago ablandado de las muestras. Cuando se dejó enfriar, este cartílago formó una capa dura y gelatinosa en el hueso que era difícil de eliminar sin recalentar la muestra. Por la misma razón, si se usa agua corriente para ayudar a la eliminación de tejidos blandos, se recomienda usar agua tibia.
A diferencia de los modelos impresos en 3D, este método produce muestras óseas para replicar sujetos reales para la planificación quirúrgica. El uso de detergentes suaves en este método puede evitar cambios en la integridad de la superficie ósea, como se ve cuando se usan productos alternativos como lejía y peróxido de hidrógeno6. Con nuevos desarrollos en la impresión 3D para la investigación médica, los modelos se pueden imprimir con parámetros personalizados como el grosor cortical, que han demostrado proporcionar una simulación háptica positiva de la colocación de tornillos pediculares en cirugía espinal11. Sin embargo, estas muestras pueden ser costosas de producir y requieren software y equipo específicos, así como una planificación y procesamiento meticulosos11,12. Además, la calidad de los modelos impresos en 3D está limitada por el equipo y puede arriesgar la pérdida de detalles más finos que se conservan dentro de la muestra ósea13. Los modelos específicos para el paciente e impresos en 3D tienen varias aplicaciones prácticas, mientras que los modelos anatómicos procedentes del hueso pueden proporcionar detalles anatómicos inigualables con un costo y un equipo mínimos.
Las limitaciones de este método incluyen la disponibilidad de especímenes cadavéricos específicos para su aplicación. El método descrito elimina completamente el tejido blando del hueso, creando modelos que solo se pueden usar para la planificación quirúrgica relacionada con el hueso, y no es tan práctico para visualizar la articulación, la biomecánica o las estructuras circundantes. Debido a esta pérdida de articulación, puede ser necesaria la reconstrucción de modelos. El método de reconstrucción varía según el tipo de hueso y puede incluir silicona, alambre, bridas o pegamento. Al aproximar las ubicaciones relativas de los huesos, estas técnicas no pueden replicar la mecánica in vivo y reducir la traducción a la práctica quirúrgica. Otras limitaciones incluyen el tiempo necesario para eliminar el exceso de tejidos blandos de muestras grandes, así como el cartílago y otros tejidos blandos, si están presentes, según la región anatómica de la muestra.
La capacidad de producir modelos óseos simples puede afectar significativamente el éxito quirúrgico. Los modelos para la planificación quirúrgica tienen beneficios comprobados, incluyendo reducción del tiempo quirúrgico, colocación más precisa de tornillos e implantes, y menos complicaciones como la pérdida de sangre4. Esto es especialmente útil en el caso de la cirugía veterinaria, donde la anatomía varía mucho según la especie. Este protocolo simple tiene el potencial de producir modelos de huesos limpios a partir de cadáveres sin productos químicos peligrosos y olores constantes y requiere un mínimo de equipo y mano de obra, especialmente en comparación con las técnicas modernas de impresión 3D.
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Disclosures
Los autores tienen que revelar.
Acknowledgments
Ninguno.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Dimension Elite 3D printer | Stratasys, Eden Prairie, MN, United States | 3D printer for production of surgical bone models based on reconstructed CT scans | |
| Mimics Innovation Suite | Materialise NV, Leuven, Belgium | Suite 24 | Software to create 3D models from imaging scans |
| Nylon cable ties | 4Cabling, Alexandria, NSW, Australia | 011.060.1042/011.060.1039 | Used to maintain connection between vertebral bodies |
| Orthopaedic wire | B Braun, Bella Vista, NSW, Australia | Used to maintain connection between vertebral bodies | |
| Support Cleaning Apparatus | Phoenix Analysis and Design Technologies, Tempe, AZ, United States | SCA-1200 | Hot water bath for immersion of the sealed sample. |
| Ultra Strength Original Dishwashing Liquid | Colgate-Palmolive, New York, NY, United States | Dishwashing liquid added to sealed bag with sample for cleaning of the bone model. | |
| Vacuum bags | Pacfood PTY LTD | Heat safe, sealable plastic bags | |
| Vacuum Food sealer | Tempoo (Aust) PTY LTD | Vacuum food sealer to seal vacuum bags prior to bath immersion |
References
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