Eine Anästhesie, Chirurgie und Ernteverfahren zur Bewertung von transpedikulären Schrauben mit einem In vivo Schwein Lendenwirbelsäule Modell
31. Mai 2017
Hier stellen wir eine Methode vor, um transpedikuläre Schrauben unter Verwendung eines In-vivo- Schweine-Lendenwirbelsystems zu bewerten.
Das übergeordnete Ziel dieses chirurgischen Eingriffs ist die Bewertung transpedikulärer Schrauben mit Hilfe eines in vivo Modells der Schweinelendenwirbelsäule. Diese Methode kann helfen, wichtige Fragen zu solchen Komplikationen der Wirbelsäule zu beantworten, wie z. B. der Lockerung der Pedikelschraube. Der Hauptvorteil dieser Technik besteht darin, dass wir die Langzeitstabilität verschiedener Arten von Schrauben vergleichen können.
HaltenSie 12 Monate alte Miniaturschweine mindestens eine Woche lang in der Versuchseinheit. Nach dieser Akklamationsphase wird jedes Schwein klinisch untersucht, die Atemfrequenz, die Herzfrequenz und die Körpertemperatur gemessen. Vor der Narkose lassen Sie die Schweine 12 Stunden lang hungern.
Um ein Schwein zu sedieren, injizieren Sie Atropin in die laterale Halsmuskulatur hinter dem Ohr. Sobald Sie sediert sind, drücken Sie eine Hand um die Basis des Ohrs und reinigen Sie das Ohr dann mit Alkohol. Legen Sie dann einen Kunststoffkatheter über die Nadel in die Ohrvene.
Spülen Sie dann den Katheter mit heparinisierter Kochsalzlösung und befestigen Sie ihn mit Klebeband. Führen Sie nun eine Anästhesie mit Ketamin und Xylazin über den Katheter ein. Um das Schwein zu intubieren, positionieren Sie es in sternaler Liege.
Und halten Sie mit Hilfe eines Assistenten den Kiefer mit einer geeigneten Schlinge offen. Führen Sie dann die Spitze des Laryngoskops in die Rachenhöhle ein, um die Epiglottis aus dem weichen Gaumen zu verdrängen. Hören Sie nach der Intubation auf die Atmung in beiden Lungen.
Füllen Sie dann den Becher des Endotrachealtubus mit einer 10-Milliliter-Spritze mit Luft und befestigen Sie den Schlauch mit Klebeband an der Schnauze. Beginnen Sie als Nächstes, 2% Isofluran durch den Schlauch zu verabreichen. Testen Sie dann die Hornhaut- und Lidreflexe des Schweins, um eine chirurgische Anästhesieebene zu bestätigen.
Tragen Sie nun eine Salbe auf die Augen auf und richten Sie Vitalparametermonitore ein, die mindestens alle fünf Minuten überprüft werden sollten. 30 Minuten vor der Operation geben Sie einen Bolus Cefazolin über den Ohrvenenkatheter. Schalten Sie dann den IV-Zugang um, um 37 Grad Celsius heiße Kochsalzlösung und Fentanyl zur Schmerzbehandlung zu verabreichen.
Rasieren Sie zunächst den Rücken des Schweins 10 Zentimeter zu beiden Seiten der Mittellinie. Reinigen Sie dann die Haut abwechselnd mit Peelings aus Povidon-Jodlösung und 70%igem Ethanol. Machen Sie nun einen Längsschnitt in der Mittellinie vom zweiten Dornfortsatz der Lendenwirbelsäule bis zum ersten medialen Sakralkamm.
Präparieren Sie dann durch das Unterhautgewebe und die Faszien bis zur Spitze der Dornfortsätze. Als nächstes heben Sie mit einem Cobb-Aufzug die paraspinalen Muskeln subperiostal von der darunter liegenden Lamina an. Präparieren Sie dann entlang des Dornfortsatzes und der Lamina an den Facettengelenken.
Am Eintrittspunkt, der dem Prozess der Mamillaris von L3 bis L5 knapp unterlegen ist, verwenden Sie einen Grat oder Rongeur, um die oberflächliche Rinde zu öffnen. Führen Sie dann den Führungsstift parallel zur oberen Endplatte und in einem Winkel von 20 Grad zum Dornfortsatz ein. Machen Sie nun posteriore anteriore laterale Röntgenaufnahmen, um die Einstichpunkte für die Pedikelschrauben zu definieren.
Führen Sie dann eine Pedikelsonde bis zu 25 Millimeter ein und bestätigen Sie eine vollständige intraossäre Trajektorie mit dem Sondierungsgerät und der Palpation. Setze nun sechs Pedikelschrauben ein. Achten Sie darauf, dass die Schraubenköpfe gut sitzen.
Achten Sie auf die Ausrichtung der Baustellenöffnung und die horizontale Position, die mit der Stange ausgerichtet sein muss. Führen Sie dann zwei Stäbe in beide Seiten der Pedikelschraubenköpfe ein. Befestigen Sie als Nächstes Hülsen und Muttern am Schraubenkopf.
Ziehen Sie die Muttern zuerst mit einem geraden Steckschlüssel locker an und ziehen Sie sie dann mit einem Gegendrehmomentschlüssel fest. Bestätigen Sie dann die Positionen der Pedikelschrauben mit Röntgenstrahlen. Sobald der Standort zum Schließen bereit ist, spülen Sie ihn mit drei Litern normaler Kochsalzlösung.
Bringen Sie dann einen Silikonabfluss an und nehmen Sie die Silikonspitze heraus. Verschließen Sie nun die paraspinalen Muskeln und das Unterhautgewebe mit resorbierbaren Nähten und verschließen Sie dann die Haut mit nicht resorbierbaren Nylonnähten. Desinfizieren Sie die Stelle nach dem Nähen mit Povidon-Jod und legen Sie einen Verband auf.
Sobald ein starker Schluckreflex erkennbar ist, extubieren Sie das Schwein und bringen Sie es in einen Aufwachraum. Sobald Sie bei vollem Bewusstsein sind, geben Sie dem Schwein Futter und Wasser und überprüfen Sie seine Tormuster. Überwachen Sie die Bewegung der hinteren Gliedmaßen, um das Implantat zu beurteilen und drei Tage lang Schmerzmittel bereitzustellen.
12 Wochen nach der Implantation das Schwein einschläfern. Um einen Wirbelsäulenschnitt zu entnehmen, machen Sie einen Längsschnitt in der Mittellinie an der vorherigen Operationsnarbenlegion. Präparieren Sie dann das Weichgewebe und die paraspinalen Muskeln, um das Implantat vollständig von L3 bis L5 freizulegen. Entfernen Sie nun die Muttern mit einem Gegendrehmomentschlüssel.
Und dann entferne die Stäbe. Schneiden Sie anschließend mit einer oszillierenden Säge den Plattenspeicher L2-3 und den Plattenspeicher L5-S1 ab. Präparieren Sie dann beide Stellen im mittleren und vorderen Teil der L3-5-Wirbelsäule mit einem Cobb-Aufzug und einer Turmzange.
Wenn der Wirbelsäulenschnitt nicht sofort analysiert werden kann, lagern Sie ihn in mit Kochsalzlösung getränkter Gaze bei minus 20 Grad Celsius. Die Verbundfestigkeit zwischen den Pedikelschrauben und dem Knochen wurde für drei Schraubentypen bewertet. Unbeschichtet, mit Hydroxylapatit und Titan beschichtet.
Das Torsionsspitzendrehmoment oder die Haftfestigkeit war bei den titanbeschichteten Pedikelschrauben am größten. Die interessierende Region kann mit einem Mikro-CT-Programm zur Analyse des Knochenvolumenanteils, der Knochenoberflächendichte und der spezifischen Knochenoberfläche bewertet werden. Das Scannen eines Wirbelsäulenschnitts mit Goldner trichrome zeigt die Grenzfläche zwischen der Pedikelschraube und dem Knochen.
Das fibröse Gewebe ist rot und der Knochen blau. Bei der Verwendung von unbeschichteten Pedikelschrauben wurde an der Grenzfläche nur fibröses Gewebe beobachtet. Bei beiden Arten von beschichteten Schrauben wurde jedoch eine neue Knochenbildung an der Grenzfläche festgestellt.
Es wurde sogar beobachtet, dass bei titanbeschichteten Pedikelschrauben der Raum zwischen den Schraubengewinden im Knochen vollständig verdichtet wurde. Einmal gemeistert, kann diese Technik in drei Stunden durchgeführt werden, wenn sie richtig ausgeführt wird. Bei diesem Verfahren ist es wichtig, sich auf die richtige Positionierung der Pedikelschrauben zu konzentrieren, damit eine Fehlplatzierung des Pedikels verhindert werden kann.
Nach ihrer Entwicklung ebnete diese Technik den Weg für Forscher auf dem Gebiet der Wirbelsäulenchirurgie, um die Lockerung von Pedikelschrauben bei Patienten mit Osteoporose zu erforschen.
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Übersicht
Diese Studie stellt eine Methode zur Beurteilung von transpedikulären Schrauben mithilfe eines in-vivo-Schweinelendenwirbelsäulenmodells vor. Das Verfahren zielt darauf ab, Komplikationen im Zusammenhang mit dem Lockerwerden von Pedikelschrauben zu adressieren und die Langzeitstabilität verschiedener Schraubentypen zu bewerten.
Wesentliche Studienkomponenten
Bereich der Wissenschaft
- Neurowissenschaften
- Orthopädische Chirurgie
- Biomechanik
Hintergrund
- Transpedikuläre Schrauben werden häufig in Wirbelsäulenchirurgien verwendet.
- Das Verständnis der Schraubenstabilität ist entscheidend für den chirurgischen Erfolg.
- In-vivo-Modelle liefern wertvolle Erkenntnisse zu Langzeitergebnissen.
- Schweinemodelle sind aufgrund anatomischer Ähnlichkeiten zum Menschen relevant.
Zweck der Studie
- Die Leistungsfähigkeit von transpedikulären Schrauben zu bewerten.
- Die Langzeitstabilität verschiedener Schraubentypen zu vergleichen.
- Komplikationen wie das Lösen von Schrauben zu untersuchen.
Verwendete Methoden
- Verwendung eines lumbarer Wirbelsäule von Schweinen als Modell für In-vivo-Tests.
- Klinische Untersuchungen von Miniaturschweinen vor der Operation.
- Überwachung der Vitalfunktionen, einschließlich Atem- und Herzfrequenz.
- Vorbereitung der Schweine durch 12-stündiges Fasten vor der Anästhesie.
Hauptergebnisse
- Daten zur Schraubenstabilität über einen definierten Zeitraum.
- Vergleichende Analyse verschiedener Schraubentypen.
- Erkenntnisse zur Inzidenz von Schraubenlockerungen.
- Entwicklung einer zuverlässigen Evaluationsmethode für zukünftige Studien.
Schlussfolgerungen
- Das Schweinemodell eignet sich zur Bewertung von transpedikulären Schrauben.
- Diese Methode kann chirurgische Vorgehensweisen beeinflussen und die Ergebnisse verbessern.
- Weitere Forschung ist erforderlich, um die Schraubenkonstruktionen basierend auf den Erkenntnissen zu optimieren.
Häufig gestellte Fragen
Ausschlaggebende Bedeutung für die Industrie
Diese Methode bietet ein präklinisches Modell zur Bewertung der Fixierung von Wirbelsäulenimplantaten und adressiert eine zentrale Herausforderung in der Entwicklung orthopädischer Geräte: die Langzeitstabilität von Pedikelschrauben. Durch die ermöglichte vergleichende Analyse von Schraubendesigns in einem physiologisch relevanten Großtiermodell unterstützt sie die mechanistische Risikominimierung und schafft eine vorhersagekräftige Sicherheit bei der Zielvalidierung für Wirbelsäulen-Biologika und Implantatmaterialien. Der Ansatz leitet Go/No-Go-Entscheidungen in der frühen Entdeckungsphase ein, indem er die Qualität der Knochen-Implantat-Grenzfläche quantifiziert und das biologische Risiko in späteren Entwicklungsstadien von Geräteentwicklungsprogrammen verringert.
Strategische Anwendungen in der Biopharma-Forschung und -Entwicklung
Frühe Entdeckung und Zielvalidierung
- Wissenschaftlicher Wert: Ermöglicht die Überprüfung therapeutischer Hypothesen bezüglich der Knochen-Implantat-Integration und der Fixationsstabilität.
- Operativer Wert: Unterstützt die biologische Risikominimierung durch direkte Beurteilung der Histologie der Schrauben-Gewebe-Grenzfläche und der mechanischen Bindungsfestigkeit.
- Prädiktiver Wert: Erleichtert die Selektion von Projekten durch den Vergleich des Osseointegrationspotenzials unterschiedlicher Schraubenbeschichtungen und -konstruktionen.
Screening und Assay-Entwicklung
- Assay-Bereitschaft: Bereitet validierte biologische Systeme zur anschließenden Bewertung der Implantatleistung unter physiologischer Belastung vor.
- Quantitative Ausgangsgrößen: Erzeugt messbare Endpunkte, einschließlich maximalem Torsionsmoment, Knochenvolumenanteil und Knochenaufdachdichte mittels Mikro-CT.
- Reproduzierbarkeit: Standardisiert chirurgische Vorbereitung, Implantation und Entnahme, um vergleichende Untersuchungen zwischen Studien und die Wiederverwendung der Plattform zu ermöglichen.
Translationale und präklinische Forschung
- Klinische Relevanz: Modelliert die Biomechanik der menschlichen Lendenwirbelsäule und unterstützt die translationale Kontinuität von der Entdeckung bis zur präklinischen Validierung.
- Mechanistische Risikominimierung: Klärt Versagensmechanismen wie die Bildung von fibrösem Gewebe im Vergleich zu Knochenwachstum an der Implantatgrenzfläche auf.
- Risikoadjustierte Weiterentwicklung: Unterstützt Entscheidungen zur Weiterentwicklung, indem Unterschiede in der Fixationsfestigkeit zwischen beschichteten und unbeschichteten Schraubentypen quantifiziert werden.
Pipeline- und Workflow-Integration
Die Methode fügt sich in den Kontinuum von der Entdeckung bis zur präklinischen Phase ein und ermöglicht insbesondere die Identifizierung von Leitverbindungen und die präklinische Validierung von Wirbelsäulenimplantat-Technologien, indem sie quantitative, histologisch untermauerte Bewertungen der Fixationsstabilität bereitstellt.
- Entdeckungsbiologie: Unterstützt die Hypothesenprüfung von Implantat-Gewebe-Wechselwirkungen und die Aufklärung von Signalwegen bei Osseointegrationsmechanismen.
- Screening: Ermöglicht die Bereitschaft von Assays durch standardisierte chirurgische Implantation und konsistente postoperative Überwachung.
- Analytik: Bietet quantitative Messgrößen wie maximales Ausdrehsmoment und mikro-CT-basierte Knochenmorphometrie zur vergleichenden Analyse unter verschiedenen Bedingungen.
- Translationale Forschung: Schafft Anschluss an die präklinische Kontinuität durch langzeitige Implantation und finale Gewebeentnahme zur Schnittstellenanalyse.
- Unternehmensweite Wiederverwendung: Schafft eine wiederverwendbare Kapazität zur Bewertung mehrerer Implantatdesigns über verschiedene Entdeckungskampagnen hinweg.
Operative und unternehmerische Auswirkungen
- Wissenschaftlicher Wert: Vorhersagegenauigkeit bezüglich der Implantatstabilität, Verringerung mechanistischer Unschärfen an der Knochen-Implantat-Grenzfläche.
- Operativer Wert: Standardisiertes chirurgisches Vorgehen, reproduzierbare Gewinnung und skalierbare Gewebeaufbereitung.
- Strategischer Wert: Verbesserte Entscheidungen über Fortführung oder Abbruch, kapitalwirksame Präklinische Prüfung, geringeres Risiko von Fehlschlägen in späteren Entwicklungsphasen.
- Portfolio-Wirkung: Risikobasierte Priorisierung von Implantatkandidaten anhand von Daten zur Fixationsfestigkeit und Osseointegration.
Durchführungsaspekte
- Erfordert Fachkenntnisse in der Chirurgie an Großtieren, der spinalen Anatomie und der postoperativen Versorgung.
- Benötigt Instrumentierung zur Anästhesiegabe, intraoperativer Bildgebung (Röntgen) und chirurgischen Instrumenten (Bohrer, Drehmomentschlüssel, oszillierende Säge).
- Erfordert eine standardisierte Vorgehensweise zwischen chirurgischen, bildgebenden und histologischen Teams für konsistente Ergebnisse.
- Zu berücksichtigende Anpassungen umfassen modellspezifische Anpassungen bei Schwein- im Vergleich zu anderen Großtier-Spinalsystemen.
- Praktische Einschränkungen sind die zwölfwöchige Implantationsdauer und die Notwendigkeit einer finalen Gewinnung, wodurch eine longitudinale in-vivo-Bildgebung über den Endpunkt hinaus ausgeschlossen ist.
