Waiting
Procesando inicio de sesión ...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
JoVE Journal Bioengineering
Click here for the English version

Bioengineering

تقنية خياطة تينورهافي جديدة مع الأنسجة المهندسة الكولاجين الكسب غير المشروع لإصلاح عيوب وتر كبير

Published: December 10, 2021 doi: 10.3791/57696
Automatic Translation
1,3, 2, 1
1Division of Surgery and Interventional Science, University College London, 2Blond McIndoe Laboratories, Division of Cell Matrix and Regenerative Medicine, MAHSC, University of Manchester, 3Department of Surgical Research, Northwick Park Institute for Medical Research, Northwick Park Hospital

Summary

في هذه الورقة، نقدم بروتوكولا في المختبر وفي الموقع لإصلاح فجوة وتر تصل إلى 1.5 سم عن طريق ملئه بالكسب غير المشروع للكولاجين المهندس. تم تنفيذ ذلك عن طريق تطوير تقنية خياطة معدلة لأخذ الحمل الميكانيكي حتى ينضج الكسب غير المشروع في الأنسجة المضيفة.

Abstract

الإدارة الجراحية لعيوب الأوتار الكبيرة مع ترقيع الأوتار أمر صعب ، حيث أن هناك عددا محدودا من المواقع التي يمكن فيها التعرف على المتبرعين بسهولة واستخدامها. حاليا، يتم ملء هذه الفجوة مع وتر السيارات، ألو، زينو، أو الطعوم الاصطناعية، ولكن الأساليب السريرية لتأمينها ليست بالضرورة قابلة للترجمة إلى الحيوانات بسبب الحجم. من أجل تقييم المواد الحيوية الجديدة أو دراسة الكسب غير المشروع وتر تتكون من نوع الكولاجين 1، قمنا بتطوير تقنية خياطة معدلة للمساعدة في الحفاظ على وتر المهندسة في محاذاة مع نهايات الوتر. الخصائص الميكانيكية لهذه الطعوم هي أدنى من وتر الأصلي. لدمج وتر هندسيا في نماذج ذات الصلة سريريا من إصلاح محملة، تم اعتماد استراتيجية لتفريغ الكسب غير المشروع وتر المهندسة الأنسجة والسماح لنضوج وتكامل وتر المهندسة في الجسم الحي حتى تم تشكيل وتر جديد سليم ميكانيكيا. نحن نصف هذه التقنية باستخدام دمج الكولاجين نوع 1 بناء وتر الأنسجة المهندسة.

Introduction

قد يحدث تمزق الوتر بسبب عوامل خارجية مثل التمزقات المؤلمة أو التحميل المفرط للوتر. بسبب قوى الشد الخارجية وضعت على إصلاح وتر, فجوة أشكال حتما مع معظم تقنيات إصلاح وتر. حاليا، يتم تعبئة عيوب وتر / الفجوات مع السيارات، ألو، زينو- أو الطعوم الاصطناعية، ولكن توافرها محدود، وموقع المانحة هو مصدر للمراضة.

النهج المهندسة الأنسجة لتصنيع الكسب غير المشروع وتر من البوليمر الطبيعي مثل الكولاجين لديه ميزة مميزة لكونها متوافقة بيولوجيا ويمكن أن توفر مكونات مصفوفة خارج الخلية الحيوية (ECM) التي تسهل تكامل الخلايا. ومع ذلك ، بسبب عدم وجود محاذاة الرجفان ، فإن الخصائص الميكانيكية للوتر المهندس (ET) أقل شأنا من الوتر الأصلي. لزيادة الخصائص الميكانيكية للكولاجين الأضعف ، تم استخدام العديد من الطرق ، مثل الربط الفيزيائي عبر الفراغ ، والأشعة فوق البنفسجية ، والعلاجات اللامائية1. أيضا، من خلال الربط المتبادل الكيميائي مع الريبوفلافين، زادت الطرق الأنزيمية وغير الأنزيمية كثافة الكولاجين ومعامل الشباب من الكولاجين في المختبر2،3. ومع ذلك ، من خلال إضافة عوامل الربط المتبادل ، يتم اختراق التوافق البيولوجي للكولاجين ، حيث أظهرت الدراسات تغييرا بنسبة 33٪ في الخصائص الميكانيكية وفقدان 40٪ من صلاحية الخلية3و4و5. يمكن الحصول على تراكم تدريجي للمحاذاة والقوة الميكانيكية من خلال التحميل الدوري6؛ ومع ذلك، يمكن الحصول على هذا بكفاءة أنان فيفو7.

لكي تتكامل ET في الجسم الحي وتكتسب القوة دون الحاجة إلى تغيير كيميائي ، سيكون أحد النهج هو استخدام تقنية خياطة الاستقرار للحفاظ على البناء الأضعف في مكانه. معظم الإصلاحات وتر تعتمد على تصميم خياطة لعقد ينتهي وتر معا; وبالتالي تعديل هذه التقنيات القائمة يمكن أن توفر حلا منطقيا8،9.

حتى 1980s، كانت تستخدم على نطاق واسع إصلاحات 2 حبلا، ولكن الأدب الجراحية الأخيرة يصف استخدام 4 خيوط، 6 خيوط أو حتى 8 خيوط في إصلاح10،11. في عام 1985 ، وصف سافاج تقنيات خياطة 6 خيوط مع 6 نقاط مرساة ، وكان أقوى بكثير من تقنية خياطة بونيل التي تستخدم 4 خيوط 12. أيضا، إصلاحات 8 حبلا هي 43٪ أقوى من خيوط أخرى في الجثث والنماذج في الموقع، ولكن هذه الإصلاحات لا تمارس على نطاق واسع كما يصبح من الصعب تقنيا لإعادة إنتاج الإصلاحات بدقة13،14،15،16. لذلك ، يرتبط عدد أكبر من خيوط الغرز الأساسية بزيادة متناسبة في الخصائص الميكانيكية الحيوية للوتر الذي تم إصلاحه. ومع ذلك ، هناك فقدان قدرة الخلية على البقاء حول نقاط الغرز ، ويمكن أن تكون الصدمة الناجمة عن الخياطة المفرطة على حساب الوتر ، والتي يمكن أن تعرض وترالشفاء للخطر 17. تقنيات خياطة ينبغي أن توفر إصلاح هندسي قوية متوازنة وغير متوازة نسبيا للحد من الفجوة وتر بعد الإصلاح. بالإضافة إلى ذلك ، يجب وضع موقع الغرز وعقده استراتيجيا حتى لا تتداخل مع الانزلاق وإمدادات الدم والشفاء حتى يتم الحصول على تراكم القوة الكافية10،18.

لإنشاء جدوى لتأمين الكسب غير المشروع ET أضعف أو غيرها من مواد الكسب غير المشروع في ما بين تمزق وتر، وضعنا تقنية خياطة جديدة التي يمكن تفريغ الكسب غير المشروع بحيث يمكن أن تنضج وتكامل تدريجيا في الأنسجة المضيفة في الجسم الحي.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

ملاحظة: تم الحصول على تصميم التجربة والموافقة الأخلاقية من مجلس المراجعة المؤسسية UCL (IRB). وقد أجريت جميع التجارب وفقا لتنظيم وزارة الداخلية والمبادئ التوجيهية لقانون الحيوانات (الإجراء العلمي) لعام 1986 مع تشريع منقح للتوجيه الأوروبي 2010/63/EU (2013). تم تفتيش الأرانب من قبل جراح بيطري اسمه (NVS) بشكل دوري ومرتين في يوم واحد من قبل مسؤول رعاية الحيوانات والرفق بالحيوان (NACWO) (وفقا للمبادئ التوجيهية واللوائح الصادرة عن وزارة الداخلية). لم تظهر عليهم أي علامة على الألم حتى تم قتلهم رميا بالرصاص.

1. إعداد الأنسجة المهندسة وتر (ET) Graft

  1. لتصنيع هيدروجيل الكولاجين، أضف 4 مل من نوع الكولاجين ذيل الفئران 1 محلول الكولاجين أحادية الكمية (2.15 ملغم/ مل في 0.6٪ حمض الخليك مع 0.2٪ ث / الخامس من البروتين الكلي) و 500 ميكروغرام من 10x الحد الأدنى المتوسط الأساسي. تحييد هذا عن طريق titrating ضد 5 M و 1 M هيدروكسيد الصوديوم وإضافة 500 ميكرولتر من دولبيكو النسر المعدلة المتوسطة (DMEM).
  2. صب 5 مل من هذا الحل في قالب معدني مستطيل مخصص بنيت (33 ملم × 22 ملم × 10 ملم، 120 غرام الوزن) (الشكل 1). الحفاظ على القالب في حاضنة CO2 في 37 درجة مئوية و 5٪ CO2 لمدة 15 دقيقة للسماح تجميع مصفوفة19.

2. تلفيق الكسب غير المشروع

  1. بعد البلمرة، وإزالة هيدروجيل الكولاجين من القالب ومكان في تجميع ضغط البلاستيك القياسية (الشكل 2A)19.
  2. ضع هيدروجيل الكولاجين بين ورقتين شبكيتين من النايلون 50 ميكرومتر وطبق حمولة ثابتة من 120 جرام (المساحة الإجمالية 7.4 سم2، وهو ضغط يعادل 1.6 كيلو باسكال) لمدة 5 دقائق لإزالة السائل الخلالي من الهيدروجيل(الشكل 2A). استخدم أربع طبقات من ورق الفلتر لامتصاص السائل المصروف من الهيدروجيلات.
  3. استخدام أربع طبقات من المواد الهلامية مضغوط تدحرجت فوق بعضها البعض (الشكل 2B) ومقطعة إلى شرائح 15 ملم (الشكل 2C) لتصنيع ET.
    ملاحظة: استخدمت الأرانب الذكور البيض زيلاند جديدة من سن 16-25 أسابيع في التجارب.
  4. الحيوانات المهدئة مع جرعة عضلية (i.m.) من Hypnorm (0.3 ملغ / مل) والقتل الرحيم عن طريق إعطاء جرعة زائدة من البنتوباربيتون.
  5. مباشرة بعد القتل الرحيم، تقليم الشعر على كلا الساقين الخلفيتين. ثم مع حجم 20 شفرة الجراحية، وجعل شق 9 سم حول منطقة tibiofibular أدنى لفضح وتر الساق الخلفي (TP).
  6. مع نفس النصل الجراحية الحجم، والأوتار TP lapine المكوس مع متوسط طول 70 ملم والحفاظ على رطبة في برنامج تلفزيوني خلال العملية التجريبية لتجنب التجفيف.

3. تطوير تقنية تينورهافي رواية

ملاحظة: الغرز (انظر جدول المواد)غير قابلة للامتصاص ومصطناعية من مجسم بلوري غير مؤتقن من البولي بروبلين، وهو بوليولفين خطي اصطناعي. كانت الغرز المتشابكة الأساسية تتكون بشكل رئيسي من 3-0 وكانت الغرز الطرفية 6-0. وكانت هذه الغرز الرئيسيين المستخدمة في جميع التجارب.

  1. مع شفرة جراحية، وقطع وتر TP في منتصف الطريق. استئصال 15 ملم جزء من وتر من منتصف وتر واستبداله مع الكسب غير المشروع ET الكولاجين (الشكل 2D). المتشابكة خياطة 3-0 وكيلا بعيدا عن نهايات وتر الأصلي (الشكل 3A).
  2. تمرير الغرز الأساسية 3-0 فوق طول الكسب غير المشروع وتعشيق distally بعيدا عن نهاية قطع.
  3. تأمين طرفي ET إلى وتر الأصلي مع 6-0 والغرز المستمر تشغيل حول المحيط عن طريق اقتران طرفي وتر(الشكل 3B). ويتم ذلك بحيث يمكن نقل الكسب غير المشروع بسهولة على خياطة عن طريق وضع التوتر على وتر الأصلي20.
  4. بعد تأمين خياطة كما هو موضح أعلاه، تأكد يدويا أن التوتر على الغرز هو المناسب وأنه لا يوجد رخوة في مجمل خياطة.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

لقد استخدمنا ترقيع الكولاجين المصنعة من النوع الأول الكولاجين، وهذا هو البروتين السائد وجدت في الوتر. وهو يشكل ما يقرب من 95٪ من مجموع الكولاجين في وتر; وبالتالي، وقد أظهرت الكولاجين جميع الخصائص المثالية لمحاكاة وتر في الجسم الحي21،22.

في هذه الدراسة، تم استخراج النوع الأول الكولاجين المستخدمة من وتر ذيل الفئران وحلت في حمض الخليك (2.15 ملغم / مل). لبوليمرة هذا الكولاجين، تم تحييده مع هيدروكسيد الصوديوم في المختبر، والتي شكلت غير مرتبطة الألياف الكولاجين النظائري. يحتوي هذا الهيدروجيل على 98٪ من السوائل ويمكن أن يحاكي الأنسجة الحية في الجسم الحي في غضون 20 دقيقة أثناء التصنيع23. ومع ذلك، هذا الهيدروجيل ضعيف ميكانيكيا. لذلك ، لزيادة الخصائص الميكانيكية ، قمنا بتطوير طريقة للضغط السريع لهيدروجيل الكولاجين بتقنية تعرف باسم "الضغط البلاستيكي" ، حيث تتناسب درجة الضغط بشكل مباشر مع الوزن المطبق على الأعلى والسوائل المنبعثة من سطح ترك السائل (FLS)19.

دوامة المتداول من هذا الكسب غير المشروع يزيد من خصائصه الميكانيكية19، ولكن الكسب غير المشروع لا يزال أضعف بكثير من وتر الأصلي. لمعالجة هذه المسألة، قمنا بتطوير تقنية خياطة معدلة جديدة عن طريق وضع نقاط خياطة، وليس على حافة تمزق الأوتار ولكن بشكل قريب وdistally بعيدا. وهكذا، فإن قوة الإصلاح على الغرز ونقاط خياطة وليس على الكسب غير المشروع وتر أضعف ميكانيكيا.

لإثبات وظيفة تقنية خياطة الرواية المتقدمة ، تم استئصال وتر TP lapine. تم سد الفجوة مع الكسب غير المشروع وتر 15 ملم طويلة المضمون مع 6-0 الغرز، و3-0 وضعت الغرز المتشابكة في 70 ملم لتكون بمثابة حواجز الحمل (الشكل 3A). وكان متوسط قوة كسر إصلاح 50.62 ± 8.17 N، الذي كان أعلى بكثير(ص < 0.05) من أن إصلاح كيسلر السيطرة من 12.49 ± 1.62 N (الشكل 4A). وبالتالي، فإن طول خياطة الأساسية وتتشابك بعيدا عن وتر ينتهي تؤثر بشكل كبير على مقاومة وتر والإصلاحات من الفشل في قوات أكبر حجم24،25.

وكانت هذه المقاومة غير كافية في إصلاحات السيطرة التي تسببت في فشل الإصلاح المبكر وفشل الإجهاد لأكثر من 20٪ على الوتر. ومع ذلك، وهذا هو شذوذ الفسيولوجية، والأوتار في الجسم الحي لا تخضع أبدا لإجهاد 20٪ بسبب عدم وجود مساحة كافية للوتر لتمديد هذا القدر. ولذلك لاختبار جدوى تقنية خياطة في نماذج فيفو، قمنا بإجراء إصلاح في الموقع وحساب متوسط قوة كسر 24.60 ± 3.92 N، وهو أعلى بكثير من قوة كسر يعني السيطرة من 13.98 ± 2.26 N (الشكل 4B).

Figure 1
الشكل 1:هيدروجيل الكولاجين المحايدة (الرقم الحموضة 7.4) (اللون الوردي) يلقي في قالب الفولاذ المقاوم للصدأ. سمح لجل بالبقاء فيحاضنة ثاني أكسيد الكربون عند 37 درجة مئوية لمدة 20 دقيقة لحدوث تكوين الفيبريليوجينيسيس. يظهر شريط المقياس في الأسفل. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

Figure 2
الشكل 2: عملية ضغط البلاستيك. (أ) هيدروجيل الكولاجين وضعت بين شبكات النايلون مع حمولة ثابتة ثابتة من 120 غرام تطبيقها. تم امتصاص السوائل المستنزفة من قبل أربع طبقات من ورق التصفية. يظهر السهم سطح السائل الذي يترك (FLS) للجل. (ب) تم لف أربع طبقات من صفائح الكولاجين المضغوطة على طول المحور لتشكيل "وتر هندسي" (ET). (ج) تم قطع القسم من ET إلى شرائح 15 ملم لمحاكاة وتر. (د) تم إنشاء عيب الوتر في الوتر الأصلي (NT) عن طريق استئصال جزء 15 ملم من وتر الظنبوب الخلفي ، وتم ملء العيب ب ET. تم تعديل هذه اللوحة من العمل السابق26. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

Figure 3
الشكل 3: (أ) تم تعبئة عيب الوتر مع ET وتأمينها مع الغرز 6-0، و3-0 المتشابكة أربعة تقنية خياطة حبلا تم تنفيذ تمرير فوق الكسب غير المشروع في المنطقة 30 ملم. يظهر سهم الكتلة نقطة البداية للخياطة ويظهر السهم الفارغ نقطة النهاية للخياطة. تم تعديل هذه اللوحة من العمل السابق26. (ب) جدوى تنفيذ تقنية خياطة المتقدمة في الفضاء داخل نموذج lapine (في الموقع). يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

Figure 4
الشكل 4: القوة الميكانيكية. (أ) إخراج اختبار ميكانيكي للإصلاح و (ب) في الموقع إخراج الاختبار الميكانيكي (أشرطة الخطأ = SD؛ *ع < 0.05، في اتجاه واحد ANOVA مع تصحيح Bonferroni). تم تعديل هذه اللوحة من العمل السابق26. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

في هذه الدراسة، تم اختيار الأنسجة المهندسة نوع I ترقيع الكولاجين كسبع وتر لأن الكولاجين هو البوليمر الطبيعي وتستخدم كما مادة حيوية لمختلف تطبيقات هندسة الأنسجة27،28. أيضا، الكولاجين يشكل 60٪ من الكتلة الجافة من وتر، من 95٪ منها هو نوع الكولاجين 1 21،29،30،31،32. لنجاح engraftment أن يحدث، وينبغي أن الخصائص الميكانيكية للكسب غير المشروع تتطابق بشكل مثالي وتر الأصلي33؛ ومع ذلك ، مع التقنيات الهندسية الحالية ، فإن الخصائص الميكانيكية ل ET (4.41 N) أقل بكثير من الوتر الأصلي (NT) (261.08 N)33. ويقترح أن هذا يرجع إلى الترتيب الهرمي منظمة تنظيما عاليا من الفيبريل الكولاجين في وتر الأصلي, الذي لا يزال يشكل تحديا لهندسة وتطابق خصائصهالميكانيكية 34. لقد حاولنا زيادة كثافة مصفوفة ET من خلال تطبيق وزن ثابت للضغط على هيدروجيل الكولاجين33; ومع ذلك ، فإن التعقيد المعماري الذي يكتسب منه الوتر قوته أكثر تعقيدا. يمكن القول إن أفضل الطرق لتراكم القوة الميكانيكية هي الأفضل في الجسم الحي، حيث يمكن للعمليات البيولوجية المضيفة العمل على إعادة تشكيل المصفوفة خارج الخلية. لذلك، في هذه الدراسة، اعتمدت استراتيجية أخرى لتعديل تقنية خياطة الحالية وإصلاح وتر آخر؛ القوة الميكانيكية للكسب غير المشروع وتر إصلاحها تعتمد اعتمادا كليا على تقنية خياطة8،9. وبالتالي ، من خلال تعديل تقنيات الخياطة الحالية ، يمكننا تفريغ الكسب غير المشروع للأوتار المهندسة حتى تحدث إعادة عرض الخلايا و ECM المستحثة كنهج جديد.

حتى الآن، هناك تقنيات خياطة مختلفة متاحة لإصلاح وتر، أي منها هو معيار الذهب. ومع ذلك، يتم استخدام تقنية خياطة كيسلر المعدلة على نطاق واسع لإصلاح الأوتار لأنها أقل انسدادا وضررا للأوتار35،36. وflexor digitorum profundus وتر العضلات من الحملان، عندما خياطة مع تقنية سافاج 6 حبلا، وأفيد أن لديها قوة كسر من 51.3 N، ولكن عندما تم استخدام تقنية خياطة كيسلر تعديل، وكانت قوة كسر 69.0 N7. ومع ذلك، في هذه الدراسة، عندما تم ملء الفجوة وتر من 15 ملم مع ET وإصلاحها مع تعديل تقنية خياطة كيسلر، فشل الإصلاح في مرحلة مبكرة مع قوة كسر 12.49 N (الشكل 4). هذه القيمة المنخفضة تجعل هذه التقنية غير ذات صلة سريريا. وقد تم الإبلاغ عن نتائج مماثلة من قبل دي ويت وآخرون في نموذج وتر إصلاح المرن porcine, مما يشير إلى أن إصلاح كيسلر فشلت في تمزق خياطة عن طريق الحد من الفجوة بنسبة 15٪ بالمقارنة مع إصلاح الصليبية, حيث يتم تقليل الفجوة بنسبة 87٪ وفشل إصلاح في خياطة الانسحاب38. وبالتالي ، هناك حاجة لتقنية خياطة قوية أخرى ، والتي يمكن أن تعقد ET أضعف ميكانيكيا في مكانها.

تم تطوير تقنية خياطة معدلة جديدة باستخدام أربعة خياطات أساسية على طول ET وفوق الوتر المعاكس. تم تعشيق هذه الغرز على مادة الغرز نفسها على مسافة ما من كل نهاية وتر. ويرجع ذلك أساسا إلى أنه قد أفيد أن وضع عقدة خياطة على مسافة متساوية وعلى قدم المساواة تقاسم الحمل التوتر على جميع خيوط خياطة يزيد من خصائصها الميكانيكية39. ويمكن أيضا إصلاح متوازن يمكن تحقيقه عن طريق الحفاظ على خياطة مستمرة، ومذهلة إصلاح للسماح للضغط في موقع الإصلاح40.

في هذه الدراسة، استخدمت 3-0 الغرز للخياطات المتشابكة الخارجية بالنظر إلى أن وتر TP أرنب لديه طول وعرض وسماكة 62.4 ملم، 5 ملم و 1.5 ملم، على التوالي. تم استخدام الغرز 6-0 لعقد ET في مكان. على الرغم من أننا قد حاولت مواد خياطة قابلة للامتصاص أخرى، فإنه لن يكون من المناسب لأنها تصبح أضعف على مدى فترة في الجسم الحي41. السبب الرئيسي الذي تم اختيار خيوط البولي بروبلين هو لأنها أحادية الفلترة وكذلك غير قابلة للامتصاص ولا تسبب تعديلات هيكلية أو توترية تحت الحمل42. اختبرنا جميع الغرز من 2-0 إلى 7-0 ، ولكن تم العثور على 3-0 و 6-0 لتكون المرشحين المثاليين لتجاربنا 26.

السبب الرئيسي لاستخدام 4 إصلاح حبلا كان لتجنب الضرر المفرط لتمزق وتر ينتهي مع عدد أكبر من خيوط خياطة كما تم الإبلاغ عن أن خياطة الجراحية العادية في وتر النتائج في تشكيل منطقة الخلية43. وقد افترض أن هذا يرجع إلى الخلايا المهاجرة من الحمل الضغطي الذي يتم وضعه على الوتر ، وعادة ما تخضع هذه الخلايا لتحميل الشد17. هذه الهجرة من الخلايا بعيدا عن خياطة يمكن أن يسبب بعد ذلك إضعاف المصفوفة كما أن هناك ندرة في الخلايا للحفاظ على ودوران المصفوفة، والتي يمكن أن تسبب فشل وتر في وقت مبكر17. يمكننا استخدام المزيد من خيوط الغرز التي هي ميكانيكيا الحيوية ضعف قوية(ex vivo) من 4 خيوط خياطة11،12،44،45؛ ومع ذلك، لا تمارس هذه الإصلاحات على نطاق واسع ويجري حاليا تقييم القيود السريرية13،14،15،16.

وضع عقدة خياطة مهم ولكن هناك حجج لصالح وضد تغريب خياطة. وجود خياطة على السطح الخارجي يمكن أن عقبة محتملة ضد هياكل مثل بكرات الوتر والحد من الانزلاق. في دراسة، والمناطق التي يتم وضع عقدة خياطة داخل يتضح انخفاض في مقاومة مزلق مقارنة مع إصلاح كيسلر، الذي عقدة خياطة خارج46. وخلصت الدراسات التي أجريت في نموذج ال أنه في حجم أعلى من القوة، وأقل عقدة خياطة تقع خارج الإصلاح وبعيدا عن نهايات وتر قد نجا مقارنة مع تلك الموجودة داخل إصلاح47،48. ومع ذلك، استيعاب عقدة يحتمل أن يقلل من سطح الاتصال من وتر الشفاء. وهناك أيضا اعتبار أن تلف الأنسجة ينشأ من إبرة خياطة ثقب وتر وعدد أكبر من يمر يتعلق زيادة صدمة وتر49.

لتأمين ET بين فجوة الوتر ، تم تنفيذ معيار تشغيل الغرز50 على طول حافة الوتر وET. وقد تم ذلك لأنه كان هناك حاجة للخياطات الطرفية التي هي قوية بما يكفي لعقد ET في مكان في المرحلة الأولى من الشفاء حتى الخلية و ECM الناجمة عن إعادة عرض يمكن أن تحدث50. وكانت المشكلة الرئيسية هي الاختلاف في الخصائص الميكانيكية للNT وET، والتي يمكن أن تؤدي إلى تشكيل الفجوة في وقت مبكر على الرغم من أن ET كان محميا من الإجهاد. من ناحية أخرى، وتطبيق تقنية أكثر أمنا مثل الغرز الأفقية داخل الألياف فراش51،Halsted خياطات فراش أفقي مستمر52،53،عبر غرزة تقنيات إصلاح epitendinous54،55،56،57 أو تشغيل خياطة قفل58،59 قد تمزق ET كما هو هش. وهكذا، اخترنا تشغيل الغرز كذلك تقنية خياطة المحيطية التي هي بسيطة ويحمل ET سليمة في جميع الاتجاهات.

من منظور هندسة الأنسجة، نحن بحاجة إلى دراسة ما إذا كان يمكن استخدام هذه الطريقة لسد فجوة وتر أكبر من 1.5 سم. لاستخدام هذا الكسب غير المشروع في التجارب السريرية البشرية، ونحن بحاجة إلى مزيد من التحقيق في الاستجابة المناعية لمصدر زينوجينيك من الكولاجين على الرغم من أن هذا يمكن تحقيقه من خلال تطوير الكولاجين الصف السريري. يحدد البروتوكول الموصوف هنا جدوى تقنية الخياطة المطورة داخل المساحات التشريحية المتاحة في نموذج لابين البورسيني. هذه التقنية خياطة المتقدمة ونقاط خياطة بشكل تقريبي وdistally متساوي البعد بعيدا عن تمزق وتر ينتهي بحيث يمكن أن يكون الكسب غير المشروع وتر المهندسة قبالة تحميلها. وبالتالي ، يمكن أن تنضج وتتكامل في الجسم الحي.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

ويعلن صاحبا البلاغ أنه ليس بينهما تضارب في المصالح.

Acknowledgments

ويود المؤلفون أن يعترفوا بكلية لندن الجامعية لتمويل هذا المشروع.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Rat tail type 1 Collagen  First Link, Birmingham, UK 60-30-810
prolene sutures 6-0 Ethicon Ltd, Edinburgh, U.K. EP8726H
prolene sutures 3-0 Ethicon Ltd, Edinburgh, U.K. D8911
Whatman filter paper SIGMA-ALDRICH  WHA10010155
Gibco DMEM, high glucose Thermo Fisher Scientific  11574486
Nylon mesh  Plastok (Meshes and Filtration) Ltd. NA

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Wollensak, G., Spoerl, E., Seiler, T. Riboflavin/ultraviolet-a-induced collagen crosslinking for the treatment of keratoconus. American Journal of Ophthalmology. 135, 620-627 (2003).
  2. Tanzer, M. L. Cross-Linking of Collagen. Science. 180, 561-566 (1973).
  3. Reiser, K., McCormick, R. J., Rucker, R. B. Enzymatic and nonenzymatic cross-linking of collagen and elastin. FASEB Journal. 6, 2439-2449 (1992).
  4. Kanungo, B. P., Gibson, L. J. Density-property relationships in collagen-glycosaminoglycan scaffolds. Acta Biomaterialia. 6, 344-353 (2010).
  5. Weadock, K. S., Miller, E. J., Bellincampi, L. D., Zawadsky, J. P., Dunn, M. G. Physical crosslinking of collagen fibers: comparison of ultraviolet irradiation and dehydrothermal treatment. Journal of Biomedical Materials Research. 29, 1373-1379 (1995).
  6. Kalson, N. S., et al. Slow Stretching That Mimics Embryonic Growth Rate Stimulates Structural and Mechanical Development of Tendon-Like Tissue In Vitro. Developmental Dynamics. 240, 2520-2528 (2011).
  7. Torigoe, K., et al. Mechanisms of collagen fibril alignment in tendon injury: from tendon regeneration to artificial tendon. Journal of Orthopaedic Research. 29, 1944-1950 (2011).
  8. Ketchum, L. D. Suture materials and suture techniques used in tendon repair. Hand Clinics. 1, 43-53 (1985).
  9. Lawrence, T. M., Davis, T. R. A biomechanical analysis of suture materials and their influence on a four-strand flexor tendon repair. The Journal of Hand Surgery. 30, 836-841 (2005).
  10. Strickland, J. W. Development of flexor tendon surgery: Twenty-five years of progress. The Journal of Hand Surgery. 25, 214-235 (2000).
  11. Moriya, K., et al. Clinical outcomes of early active mobilization following flexor tendon repair using the six-strand technique: short- and long-term evaluations. The Journal of Hand Surgery, European volume. , (2014).
  12. Savage, R. In vitro studies of a new method of flexor tendon repair. Journal of Hand Surgery. 10, 135-141 (1985).
  13. Uslu, M., et al. Flexor tendons repair: effect of core sutures caliber with increased number of suture strands and peripheral sutures. A sheep model. Orthopaedics & Traumatology: Surgery & Research : OTSR. 100, 611-616 (2014).
  14. Osei, D. A., et al. The Effect of Suture Caliber and Number of Core Suture Strands on Zone II Flexor Tendon Repair: A Study in Human Cadavers. Journal of Hand Surgery. 39, 262-268 (2013).
  15. Dovan, T. T., Ditsios, K. T., Boyer, M. I. Eight-strand core suture technique for repair of intrasynovial flexor tendon lacerations. Techniques in Hand & Upper Extremity Surgery. 7, 70-74 (2003).
  16. Silva, M. J., et al. The effects of multiple-strand suture techniques on the tensile properties of repair of the flexor digitorum profundus tendon to bone. The Journal of Bone and Joint surgery. 80, American Volume 1507-1514 (1998).
  17. Wong, J. K., Alyouha, S., Kadler, K. E., Ferguson, M. W., McGrouther, D. A. The cell biology of suturing tendons. Matrix Biology. 29, 525-536 (2010).
  18. Strickland, J. W. Flexor Tendon Injuries: II. Operative Technique. The Journal of the American Academy of Orthopaedic Surgeons. 3, 55-62 (1995).
  19. Brown, R. A., Wiseman, M., Chuo, C. B., Cheema, U., Nazhat, S. N. Ultrarapid Engineering of Biomimetic Materials and Tissues: Fabrication of Nano- and Microstructures by Plastic Compression. Advanced Functional Materials. 15, 1762-1770 (2005).
  20. Sawadkar, P., Alexander, S., Mudera, V. Tissue-engineered collagen grafts to treat large tendon defects. Regenerative Medicine. 9, 249-251 (2014).
  21. Evans, J. H., Barbenel, J. C. Structural and mechanical properties of tendon related to function. Equine veterinary journal. 7, 1-8 (1975).
  22. Riley, G. P., et al. Glycosaminoglycans of human rotator cuff tendons: changes with age and in chronic rotator cuff tendinitis. Annals of the Rheumatic Diseases. 53, 367-376 (1994).
  23. Bell, E., Ivarsson, B., Merrill, C. Production of a tissue-like structure by contraction of collagen lattices by human fibroblasts of different proliferative potential in vitro. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 76, 1274-1278 (1979).
  24. Kim, H. M., et al. Technical and biological modifications for enhanced flexor tendon repair. The Journal of Hand Surgery. 35, 1031-1038 (2010).
  25. Kim, J. B., de Wit, T., Hovius, S. E., McGrouther, D. A., Walbeehm, E. T. What is the significance of tendon suture purchase. The Journal of Hand Surgery, European Volume. 34, 497-502 (2009).
  26. Sawadkar, P., et al. Development of a surgically optimized graft insertion suture technique to accommodate a tissue-engineered tendon in vivo. BioResearch Open Access. 2, 327-335 (2013).
  27. Hadjipanayi, E., et al. Mechanisms of structure generation during plastic compression of nanofibrillar collagen hydrogel scaffolds: towards engineering of collagen. Journal of Tissue Engineering and Regenerative Medicine. 5, 505-519 (2011).
  28. Micol, L. A., et al. High-density collagen gel tubes as a matrix for primary human bladder smooth muscle cells. Biomaterials. 32, 1543-1548 (2011).
  29. Lian Cen, L., Liu, W., Cui, L., Zhang, W., Cao, Y. Collagen Tissue Engineering: Development of Novel Biomaterials and applications. Pediatric Research. 63, 492-496 (2008).
  30. Harris, M. T., et al. Mesenchymal stem cells used for rabbit tendon repair can form ectopic bone and express alkaline phosphatase activity in constructs. Journal of Orthopaedic Research. 22, 998-1003 (2004).
  31. Butler, D. L., et al. The use of mesenchymal stem cells in collagen-based scaffolds for tissue-engineered repair of tendons. Nature Protocols. 5, 849-863 (2010).
  32. Cen, L., Liu, W., Cui, L., Zhang, W., Cao, Y. Collagen Tissue Engineering: Development of Novel Biomaterials and Applications. Pediatric Research. 63, 492-496 (2008).
  33. Yamaguchi, H., Suenaga, N., Oizumi, N., Hosokawa, Y., Kanaya, F. Will Preoperative Atrophy and Fatty Degeneration of the Shoulder Muscles Improve after Rotator Cuff Repair in Patients with Massive Rotator Cuff Tears. Advances in Orthopedics. 2012, 195876 (2012).
  34. Silver, F. H., Freeman, J. W., Seehra, G. P. Collagen self-assembly and the development of tendon mechanical properties. Journal of Biomechanics. 36, 1529-1553 (2003).
  35. Schneppendahl, J., et al. Initial stability of two different adhesives compared to suture repair for acute Achilles tendon rupture--a biomechanical evaluation. International Orthopaedics. 36, 627-632 (2012).
  36. Herbort, M., et al. Biomechanical comparison of the primary stability of suturing Achilles tendon rupture: a cadaver study of Bunnell and Kessler techniques under cyclic loading conditions. Archives of Orthopaedic and Trauma Surgery. 128, 1273-1277 (2008).
  37. Piskin, A., et al. Tendon repair with the strengthened modified Kessler, modified Kessler, and Savage suture techniques: a biomechanical comparison. Acta Orthopaedica et Traumatologica Turcica. 41, 238-243 (2007).
  38. de Wit, T., Walbeehm, E. T., Hovius, S. E., McGrouther, D. A. The mechanical interaction between three geometric types of nylon core suture and a running epitenon suture in repair of porcine flexor tendons. The Journal of Hand Surgery, European Volume. 38, 788-794 (2013).
  39. Trail, I. A., Powell, E. S., Noble, J. The mechanical strength of various suture techniques. Journal of Hand Surgery. 17, 89-91 (1992).
  40. Wong, J. K., Peck, F. Improving results of flexor tendon repair and rehabilitation. Plastic and Reconstructive Surgery. 134, 913-925 (2014).
  41. Amis, A. A. Absorbable sutures in tendon repair. Journal of Hand Surgery. 21, 286 (1996).
  42. Faggioni, R., de Courten, C. Short and long-term advantages and disadvantages of prolene monofilament sutures in penetrating keratoplasty. Klinische Monatsblatter fur Augenheilkunde. 200, 395-397 (1992).
  43. Wong, J. K., Cerovac, S., Ferguson, M. W., McGrouther, D. A. The cellular effect of a single interrupted suture on tendon. Journal of Hand Surgery. 31, 358-367 (2006).
  44. Savage, R., Risitano, G. Flexor tendon repair using a "six strand" method of repair and early active mobilisation. Journal of Hand Surgery. 14, 396-399 (1989).
  45. Okubo, H., Kusano, N., Kinjo, M., Kanaya, F. Influence of different length of core suture purchase among suture row on the strength of 6-strand tendon repairs. Hand Surgery. 20, 19-24 (2015).
  46. Noguchi, M., Seiler, J. G., Gelberman, R. H., Sofranko, R. A., Woo, S. L. In vitro biomechanical analysis of suture methods for flexor tendon repair. Journal of Orthopaedic Research. 11, 603-611 (1993).
  47. Aoki, M., Pruitt, D. L., Kubota, H., Manske, P. R. Effect of suture knots on tensile strength of repaired canine flexor tendons. Journal of Hand Surgery. 20, 72-75 (1995).
  48. Pruitt, D. L., Aoki, M., Manske, P. R. Effect of suture knot location on tensile strength after flexor tendon repair. The Journal of Hand Surgery. 21, 969-973 (1996).
  49. Khor, W. S., et al. Improving Outcomes in Tendon Repair: A Critical Look at the Evidence for Flexor Tendon Repair and Rehabilitation. Plastic and Reconstructive Surgery. 138, 1045-1058 (2016).
  50. Strickland, J. W. Flexor Tendon Injuries: I. Foundations of Treatment. The Journal of the American Academy of Orthopaedic Surgeons. 3, 44-54 (1995).
  51. Mashadi, Z. B., Amis, A. A. Strength of the suture in the epitenon and within the tendon fibres: development of stronger peripheral suture technique. Journal of Hand Surgery. 17, 172-175 (1992).
  52. Wade, P. J., Muir, I. F., Hutcheon, L. L. Primary flexor tendon repair: the mechanical limitations of the modified Kessler technique. Journal of Hand Surgery. 11, 71-76 (1986).
  53. Wade, P. J., Wetherell, R. G., Amis, A. A. Flexor tendon repair: significant gain in strength from the Halsted peripheral suture technique. Journal of Hand Surgery. 14, 232-235 (1989).
  54. Silfverskiold, K. L., May, E. J. Gap formation after flexor tendon repair in zone II. Results with a new controlled motion programme. Scandinavian Journal of Plastic and Reconstructive Surgery and Hand Surgery / Nordisk Plastikkirurgisk forening [and] Nordisk Klubb for Handkirurgi. 27, 263-268 (1993).
  55. Silfverskiold, K. L., May, E. J., Tornvall, A. H. Gap formation during controlled motion after flexor tendon repair in zone II: a prospective clinical study. The Journal of Hand Surgery. 17, 539-546 (1992).
  56. Silfverskiold, K. L., May, E. J. Flexor tendon repair in zone II with a new suture technique and an early mobilization program combining passive and active flexion. The Journal of Hand Surgery. 19, 53-60 (1994).
  57. Pennington, D. G. Atraumatic retrieval of the proximal end of a severed digital flexor tendon. Plastic and Reconstructive Surgery. 60, 468-469 (1977).
  58. Lin, G. T., An, K. N., Amadio, P. C., Cooney, W. P. Biomechanical studies of running suture for flexor tendon repair in dogs. The Journal of Hand Surgery. 13, 553-558 (1988).
  59. Papandrea, R., Seitz, W. H., Shapiro, P., Borden, B. Biomechanical and clinical evaluation of the epitenon-first technique of flexor tendon repair. The Journal of Hand Surgery. 20, 261-266 (1995).

Tags

الهندسة الحيوية، العدد 178، إصلاح الأوتار، هندسة الأنسجة، الكولاجين، الكسب غير المشروع وتر، تقنية خياطة، وتر
تقنية خياطة تينورهافي جديدة مع الأنسجة المهندسة الكولاجين الكسب غير المشروع لإصلاح عيوب وتر كبير
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Sawadkar, P., Wong, J., Mudera, V. A … More

Sawadkar, P., Wong, J., Mudera, V. A Novel Tenorrhaphy Suture Technique with Tissue Engineered Collagen Graft to Repair Large Tendon Defects. J. Vis. Exp. (178), e57696, doi:10.3791/57696 (2021).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter