$$\rightleftharpoonup{xx}$$
$$\longleftharp{xx}$$,
$$\longrightharp{xx}$$,
أجريت جميع التجارب على الحيوانات وفقا للبروتوكولات التي وافقت عليها لجنة رعاية واستخدام الحيوانات بجامعة جيكي (رقم الموافقة 2023–034C1). تم تصميم هذه الدراسة كدراسة جدوى تجريبية. لتقييم الجدوى التقنية لهذا الإدخال الخلفي الحساس والمبتكر في العمود الفقري الذيلي للجرذ قبل التحقق على نطاق واسع، تم استخدام حيوان واحد (n = 1)، وفقا للإرشادات الأخلاقية، لتقليل استخدام الحيوانات خلال التقييم الفني الأولي. تم اختيار ذكور فئران سبراج-داولي (SD) كالسلالة القياسية لأبحاث اندماج العمود الفقري. كانت معايير الإدراج الذكور الأصحاء الذين تتراوح أعمارهم بين 8 إلى 10 أسابيع، ووزنهم بين 200–250 جم، لضمان توافق ارتفاع القرص بين الفقرات (1.8–2.2 مم) مع قفص 2 مم. تم استبعاد الحيوانات التي أظهرت فقدانا > 10٪ للوزن خلال فترة التكيف مع المناخ، أو انخفاض في النشاط، أو تشوهات مرئية في الذيل. في هذه الدراسة، ذكر فأر سبراج–داولي (عمره 8 أسابيع، وزنه 221.8 جرام؛ تم استخدام حاملة اليابان SLC، شيزوكا، اليابان). تم إيواء الحيوان في بيئة محكمة عند 25°C ورطوبة نسبية 50٪ (النطاق المسموح به 30–70٪) مع دورة ضوء/ظلام لمدة 12 ساعة، وتم توفير الوصول الفوري إلى الماء ونظام غذائي قياسي للقوارض. كانت الفئران تؤوي في أقفاص ذات قاع صلب مزودة بمواد تعشيش وعصي مضغ لإثراء البيئة. تم تنفيذ فترة تأقلم مدتها 3 أيام قبل الإجراء الجراحي. لمنع رفاق القفص من قضم زرعات الذيل، تم الحفاظ على الجرذ في ظروف مأوى طوال الدراسة، وكان ذلك عاملا حاسما في هذا التصميم التجريبي.
تحضير البراغي والألواح
تم تجهيز مواد التثبيت الداخلية قبل الإجراء الجراحي. تم قطع براغي الفولاذ المقاوم للصدأ المتوفرة تجاريا (القطر الأصلي: 1.2 مم، الطول: 14 مم) إلى طول دقيق يبلغ 6 مم باستخدام قاطع أسلاك (الشكل 1A). تم تعقيم هذه البراغي عبر نظام البخار القياسي عند 121 درجة مئوية لمدة 20 دقيقة. في لوحة تثبيت داخلية من البولي أوكسي ميثيلين (POM) (طول 18 مم، عرض 3 مم، سمك 1 مم)، كانت ثقوب البراغي بقطر 1.2 مم تحفر بفواصل 12 مم باستخدام مثقاب يدوي (الشكل 1B–D). بعد ذلك، تم تدوير زوايا ألواح POM باستخدام قاطع أسلاك لتقليل التهيج للأنسجة الرخوة المحيطة (الشكل 1E). تم تعقيم الألواح باستخدام غاز أكسيد الإيثيلين (EtO) أو بلازما غاز بيروكسيد الهيدروجين، نظرا لحساسية البوليمر الحرارية. يتميز قفص التيتانيوم بهيكل شبكي مترابط مع قنوات طولية يبلغ قطرها بين 300–500 ميكرومتر. تم إعداد سطحه باستخدام تقنية التيتانيوم ثلاثية الأبعاد من لاميلار لتحقيق خشونة سطحية دقيقة تتراوح بين 3–5 ميكرومتر، مما يسهل نمو العظام المباشر.
التخدير والإجراءات الجراحية
لم يتم إجراء أي صيام قبل العملية لتجنب الإجهاد الأيضي غير الضروري. تم تحفيز التخدير عبر خليط تخدير ثلاثي يتكون من ميديتوميدين (0.15 ملغ/كغ)، ميدازولام (2 ملغ/كغ)، وبوتورفانول (2.5 ملغ/كغ)، وتم إعطاؤه عن طريق حقن تحت الجلد في الظهر باستخدام إبرة 25 قياس23. تم تقييم مستوى التخدير الجراحي المناسب كل 15 دقيقة من خلال تأكيد فقدان رد فعل انسحاب الدواسة (ضغط إصبع القدم)، والحفاظ على الأغشية المخاطية الوردية، ومراقبة معدل التنفس (70–110 نفس/دقيقة). تم إجراء إجراء جراحي لدمج الفقرات الذيلية بين الأجسام. وضع الحيوان في وضعية الاستلقاء (الشكل 2A)، وتم تعقيم الذيل بالكامل بعد بروتوكول فرك متغير من ثلاث جولات (70٪ إيثانول، فرك بوفيدون-يود، و70٪ إيثانول) لضمان وجود حقل معقم. لتحديد الفقرات المستهدفة، تم إجراء الجو اليدوي بدءا من العجز من البعيد. تم تحديد أول وصلة متحركة على أنها وصلة العجز مع ثاني أكسيد الكربون، وتم تعيين الجزء البعيد مباشرة كثاني أكسيد الكربون، مما حدد موقع الهدف بين ثاني أكسيد الكربون وثاني أكسيد الكربون. تم إجراء شق طولي بحوالي 2 سم على الجانب الظهري، يمتد من الفقرة الذيلية الثانية إلى الثالثة (CO2–Co3) (الشكل 2B)، لكشف السطح الخلفي لكل فقرة. خلال التعرض، تم اتخاذ حرص على تحديد وتجنب الضرر في الوريد الذيلي الظهري؛ تم استخدام التشريح الخفيف والكوية الكهربائية ثنائية القطب لإدارة النزيف الطفيف. لتحضير موقع الاندماج، تم قطع الحلقة الليفية بين فقرتي ثاني أكسيد الكربون وثاني أكسيد الكربون باستخدام مشرط (الشكل 2C). ثم تمت إزالة الحلقة الليفية والنواة البلبوسية بدقة عبر الغطاء باستخدام كوريت وملقط صغير (الشكل 2D). تم إجراء هذه الخطوة تحت تكبير جراحي عالي القدرة (≥3.5x). تم تعريف اكتمال الإزالة بشكل موضوعي من خلال التأكيد البصري لنزيف النقاط (علامة "اللوحة الدامية") وغياب الأنسجة الرخوة المتبقية تماما. تم تعريف تلف اللوحة النهائية غير المقبول بأنه تآكل عميق يشمل > 25٪ من المساحة الكلية أو اختراق في العظم المنسد > 0.5 مم. تم إدخال قفص من التيتانيوم (مقطع عرضي 2 × 2 مم، ارتفاع 2 مم) (الشكل 2E) عميقا في الفضاء بين الفقرات حتى تم الوصول إلى توقف فيزيائي وتأكيد الاتصال الكامل للسطح مع كلا اللوحتين الطرفيتين بصريا، مما خلق توافقا تداخليا قويا (الشكل 2F، 2G).
التثبيت وإغلاق الجرح
لتسهيل تثبيت الصفائح، تم تسوية سطح العظم حول مواقع الثقوب المخصصة في فقرات ثاني أكسيد الكربون وثاني أكسيد الكربون باستخدام جهاز توجيه كهربائي محمول يعمل بسرعة 7,800 دورة في الدقيقة مزود بشفرة كروية من نوع ملف 2.0 مم (الشكل 2H). تم حفر ثقوب العظم بشكل فردي على فواصل تتوافق مع فتحات البراغي في لوحة التثبيت الداخلية البلاستيكية باستخدام مثقاب يدوي مزود برأس حفر بقطر 1.2 مم (الشكل 2I). ثم تم تحميل مسبقا من الفولاذ المقاوم للصدأ بقطر 6 مم في الفتحات. لللوحة البلاستيكية (الشكل 2J). تم إدخال البراغي بزاوية 90° إلى عمق معياري يبلغ 5 مم مع تباعد 12 مم من المركز إلى المركز (الشكل 2K). وأخيرا، تم إغلاق شق الجلد بغرز نايلون 4-0، وتم تعقيم الذيل مرة أخرى بنسبة 70٪ إيثانول لإكمال الإجراء.
الإدارة بعد العملية والقتل الرحيم
خلال مرحلة التعافي الفورية (اليوم 0)، تم مراقبة الحيوان كل 15 دقيقة، وتم دعم درجة حرارة المستقيم حتى يصل إلى الاستلقاء الكامل على القص والمشي المقصود. في التقييم طويل الأمد (الأسبوع 1–12)، تم تنفيذ نظام تقييم يومي يعتمد على درجة حالة الجسم (BCS)، وحالة العناية البدنية، والنشاط العام، إلى جانب مراقبة موقع الجراحة اليومية للكشف عن العدوى أو الانفصال. تم توفير طعام رطب على أرضية القفص خلال أول 48 ساعة. تم قياس وزن الجسم أسبوعيا. تم تعريف نقاط النهاية الإنسانية للقتل الرحيم المبكر بدقة كما يلي: فقدان الوزن ≥20٪، BCS ≤2.0)، عدم القدرة المستمرة على الوصول إلى الطعام أو الماء > 12 ساعة، علامات الألم الشديد/ضيق التنفس، أو مضاعفات شديدة في موقع الجراحة (مثل النخر). تم إعدام الحيوانات التي تستوفي هذه المعايير بشكل إنساني خلال 24 ساعة. شملت الرعاية بعد العملية إعطاء سيفاليكسين (15 ملغ/كجم) داخل العضلات مباشرة بعد الجراحة وبعد العملية بعد 24 ساعة لمنع العدوى. لتخفيف الألم، تم إعطاء الكاربروفين (2 ملغ/كغ) تحت الجلد مباشرة بعد الجراحة وبعد 12 و24 و48 ساعة بعد العملية، ليصبح مجموع أربع جرعات. بعد 12 أسبوعا من الانغراس، تم التخلص من الفأر عن طريق جرعة زائدة من الأيزوفلوران. ثم تم حصاد الجزء من الفقرة الذيلية الثانية إلى الثالثة بشكل جماعي وتثبيته بنسبة 70٪ إيثانول.
توصيات التدريب، وحل المشكلة، وحجم العينة. لتسهيل اعتماد هذا البروتوكول المتطلب بنجاح، يجب على المشغلين الجدد إجراء 3–5 إجراءات تدريبية على جثث الفئران، وتحقيق الكفاءة عندما لا تظهر ثلاث عمليات متتالية أي خطأ في التصوير الشعاعي. تشمل عمليات استكشاف الأخطاء الشائعة قياس ارتفاع القرص مسبقا عبر الأشعة السينية لتحسين اختيار حجم القفص وإعادة التحقق من تسطح العظم الظهري لمنع هجرة القفص. إذا كان شراء البرغي غير كاف، ينصح باستخدام سرعات حفر أقل. بالنسبة لدراسات التحقق المستقبلية، يوصى بحجم عينة لا يقل عن n = 6 إلى 10 لكل مجموعة (مع 10–20٪ إضافية للاستنزاف) لتحقيق القوة الإحصائية الكافية. علاوة على ذلك، يجب أن تتضمن الدراسات المستقبلية مجموعات ضابطة (مثل القفص الفارغ أو الطعم الذاتي) للتحقق من أداء المادة الحيوية.
التحليل الشعاعي والنسيجي
تم إجراء التصوير المقطعي المحوسب الدقيق (CT) والتصوير الشعاعي الرقمي باستخدام نظام مسح ميكرو-CT بجهد أنبوب 80 كيلوفولت وتيار 0.1 مللي أمبير. تم استخدام فلتر ألمنيوم بسماكة 1.0 مم أثناء الاقتناء لتقليل التأثيرات الصلبة بالحزمة الناتجة عن زرع التيتانيوم. للتقييم الطولي، تم إجراء التصوير في الجسم الحي بعد أسبوع وأربعة أسابيع من العملية بحجم فوكسل 120 ميكرومتر. تم إجراء التصوير خارج الجسم بعد 12 أسبوعا من العملية باستخدام حامل عينة بحجم 24 مم بحجم فوكسل 24 ميكرومتر. تم إعادة بناء بيانات الأشعة المقطعية والصور الإشعاعية باستخدام خوارزمية إسقاط عكسي مفلترة قياسية وتحليلها باستخدام عارض DICOM. تم تحديد معايير كمية لتقييم اتحاد العظام. من الناحية الإشعاعية، تم تأكيد نجاح الاندماج عندما لوحظ وجود بنية ترابيكية مستمرة تربط بين نهايات الفقرات القمجمة والذيلية عبر ثلاث شرائح متتالية على الأقل في التصوير المقطعي الميكروي. تم تطبيق عتبة عالمية تبلغ 700 وحدة هونسفيلد (HU) أثناء تقسيم الصورة. من الناحية النسيجية، اعتبر نسبة BV/TV 70٪ أو أكثر داخل القفص عتبة للإشباع المكاني الجسدي والاندماج. من الناحية النسيجية، كان اتحاد العظام يعرف بوجود جسور عظمية كاملة من الجوانب القحفية إلى الذيلية دون تداخل الأنسجة الليفية. للتحليل الأنسيجي، تم إجراء وسم فلوروكروم متسلسل عن طريق حقن الكالسين تحت الجلد (8 ملغ/كغ) قبل يومين من القتل الرحيم لتحديد التوزيع المكاني للتمعدن النشط في نقطة النهاية الزمنية البالغة 12 أسبوعا. تم تثبيت الفقرات الذيلية المستبعدة بنسبة 70٪ إيثانول لمدة 7 أيام وصبغت بشكل كامل بصبغة عظم فيلانويفا. تم تجفيف العينات عبر درجات تصاعدية من الإيثانول، وتم تضمينها في راتنج ميثيل ميثاكريلات الميثيلي، وتم تقسيمها في منتصف الساجت عند المركز الهندسي الدقيق للقفص، كما تم تحديدها بواسطة توجيه Micro-CT المسبق باستخدام منشار ماسي ميكروتوم. تم إعداد عينات أرضية غير مفكوكة (سمك 5 ميكرومتر) في معهد إيتو لقياس النسيج العظمي (نيغاتا، اليابان). تم التقاط الصور باستخدام مجهر ذو المجال الساطع ومجهر ليزر كونفوكال لدمج الفلورة. تم إجراء المزيد من الفحص تحت مجهر ضوئي مستقطب، وأجري تحليل الهيستومورفومترية باستخدام محلل صور محوسب. تم تعريف منطقة الاهتمام (ROI) بأنها الحجم الداخلي الكلي للقفص، باستثناء الدعامات المعدنية، وتم تقسيمها إلى عائد على الاستثمار داخل القفص الجمجمي والذيلي. تم التعرف على نسيج العظم بلونه البنفسجي/الأرجواني تحت صبغة فيلانويفا. تم تعريف عظم اللاميلا (Lm.V) بهيكله المنظم للغاية والمتوازي تحت الضوء المستقطب، بينما كان العظم المنسوج (Wo.V) يظهر أنماطا ليفية غير منظمة.