Une nouvelle technique de suture Tenorrhaphy avec greffe de collagène issue d’une ingénierie tissulaire pour réparer les gros défauts tendineux

Résumé

Dans cet article, nous présentons un protocole in vitro et in situ pour réparer un espace tendineux allant jusqu’à 1,5 cm en le remplissant d’une greffe de collagène modifiée. Ceci a été réalisé en développant une technique de suture modifiée pour prendre la charge mécanique jusqu’à ce que le greffon mûrisse dans le tissu hôte.

Résumé

La prise en charge chirurgicale des gros défauts tendineux avec des greffes de tendon est difficile, car il existe un nombre limité de sites où les donneurs peuvent être facilement identifiés et utilisés. Actuellement, cette lacune est comblée par des greffes tendineuses auto, allo, xéno ou artificielles, mais les méthodes cliniques pour les sécuriser ne sont pas nécessairement traduisibles pour les animaux en raison de l’échelle. Afin d’évaluer de nouveaux biomatériaux ou d’étudier une greffe de tendon composée de collagène de type 1, nous avons développé une technique de suture modifiée pour aider à maintenir le tendon d’ingénierie en alignement avec les extrémités du tendon. Les propriétés mécaniques de ces greffons sont inférieures au tendon natif. Pour intégrer le tendon d’ingénierie dans des modèles cliniquement pertinents de réparation chargée, une stratégie a été adoptée pour décharger la greffe de tendon d’ingénierie tissulaire et permettre la maturation et l’intégration du tendon d’ingénierie in vivo jusqu’à ce qu’un néo-tendon mécaniquement sain soit formé. Nous décrivons cette technique en utilisant l’incorporation de la construction de tendon de collagène de type 1.

Introduction

Une rupture du tendon peut survenir en raison de facteurs extrinsèques tels que des lacérations traumatiques ou une charge excessive du tendon. En raison des forces de traction externes placées sur une réparation de tendon, un écart se forme inévitablement avec la plupart des techniques de réparation de tendon. Actuellement, les défauts tendineux sont comblés par des greffes auto, allo, xéno ou artificielles, mais leur disponibilité est limitée et le site donneur est une source de morbidité.

L’approche d’ingénierie tissulaire pour fabriquer une greffe de tendon à partir d’un polymère naturel tel que le collagène a l’avantage distinctif d’être biocompatible et peut fournir des composants vitaux de la matrice extracellulaire (ECM) qui facilitent l’intégration cellulaire. Cependant, en raison d’un manque d’alignement fibrillaire, les propriétés mécaniques du tendon artificiel (ET) sont inférieures au tendon natif. Pour augmenter les propriétés mécaniques du collagène plus faible, de nombreuses méthodes ont été utilisées, telles que la réticulation physique sous vide, le rayonnement UV et les traitements déshydrothermaux¹. En outre, grâce à la réticulation chimique avec la riboflavine, les méthodes enzymatiques et non enzymatiques ont augmenté la densité de collagène et le module de Young du collagène in vitro^2,3. Cependant, en ajoutant des agents de réticulation, la biocompatibilité du collagène est compromise, car des études ont montré une altération de 33% des propriétés mécaniques et une perte de 40% de viabilité cellulaire^3,4,5. L’accumulation progressive de l’alignement et de la résistance mécanique peut être obtenue par charge cyclique⁶; cependant, cela peut être acquis efficacement in vivo⁷.

Pour que l’ET s’intègre in vivo et acquière une résistance sans avoir besoin d’altération chimique, une approche consisterait à utiliser une technique de suture stabilisatrice pour maintenir la construction la plus faible en place. La plupart des réparations tendineuses reposent sur la conception de la suture pour maintenir les extrémités du tendon ensemble; par conséquent, la modification de ces techniques existantes pourrait fournir une solution logique^8,9.

Jusque dans les années 1980, les réparations à 2 brins étaient largement utilisées, mais la littérature chirurgicale récente décrit l’utilisation de 4 brins, 6 brins ou même 8 brins en réparation^10,11. En 1985, Savage a décrit des techniques de suture à 6 brins avec 6 points d’ancrage, et elle était significativement plus forte que la technique de suture Bunnell qui utilise 4 brins ^12. En outre, les réparations à 8 brins sont 43% plus fortes que les autres brins dans les modèles de cadavres et in situ, mais ces réparations ne sont pas largement pratiquées car il devient techniquement difficile de reproduire les réparations avec précision^13,14,15,16. Par conséquent, un plus grand nombre de brins de suture du noyau est lié à une augmentation proportionnelle des propriétés biomécaniques du tendon réparé. Cependant, il y a une perte de viabilité cellulaire autour des points de suture, et le traumatisme d’une suture excessive peut être au détriment du tendon, ce qui peut compromettre la cicatrisation du tendon¹⁷. Les techniques de suture doivent fournir une réparation géométrique forte, équilibrée et relativement inélastique pour minimiser les écarts tendineux après réparation. En outre, l’emplacement de la suture et ses nœuds doivent être placés stratégiquement afin qu’ils n’interfèrent pas avec le glissement, l’approvisionnement en sang et la guérison jusqu’à ce que l’accumulation d’une force adéquate ait été obtenue^10,18.

Pour établir la faisabilité de sécuriser une greffe ET plus faible ou un autre matériau de greffe entre le tendon rompu, nous avons développé une nouvelle technique de suture qui peut décharger le greffon afin qu’il puisse mûrir et s’intégrer progressivement dans le tissu hôte in vivo.

Protocole

NOTE: La conception de l’expérience et l’approbation éthique ont été obtenues auprès du Conseil d’examen institutionnel (CISR) de l’UCL. Toutes les expériences ont été réalisées conformément à la réglementation du ministère de l’Intérieur et aux directives de la loi de 1986 sur les animaux (procédure scientifique) avec la législation révisée de la directive européenne 2010/63/UE (2013). Les lapins ont été inspectés par un vétérinaire nommé (NVS) périodiquement et deux fois par jour par un agent de soins et de bien-être des animaux nommé (NACWO) (conformément aux directives et règlements du ministère de l’Intérieur). Ils n’ont montré aucun signe de douleur jusqu’à ce qu’ils soient euthanasiés.

1. Préparation du greffon de tendon d’ingénierie tissulaire (ET)

1. Pour fabriquer l’hydrogel de collagène, ajoutez 4 mL de solution de collagène monomère de type 1 de la queue de rat (2,15 mg/mL dans de l’acide acétique à 0,6 % avec 0,2 % p/v de protéines totales) et 500 μL de milieu essentiel minimal 10x. Neutralisez cela en titrant contre de l’hydroxyde de sodium 5 M et 1 M et ajoutez 500 μL de milieu Eagle modifié (DMEM) de Dulbecco.
2. Verser 5 mL de cette solution dans un moule métallique rectangulaire construit sur mesure (33 mm × 22 mm × 10 mm, poids de 120 g)(Figure 1). Conserver le moule dans un incubateur à CO₂ à 37 °C et 5 % de_CO2 pendant 15 minutes pour permettre l’assemblage de la matrice¹⁹.

2. Fabrication du greffon

1. Après polymérisation, retirer l’hydrogel de collagène du moule et le placer dans un ensemble de compression plastique standard (Figure 2A)¹⁹.
2. Placer l’hydrogel de collagène entre deux feuilles de mailles de nylon de 50 μm et appliquer une charge statique de 120 g (surface totale 7,4 cm², soit une pression équivalente à 1,6 kPa) pendant 5 minutes pour éliminer le liquide interstitiel de l’hydrogel (Figure 2A). Utilisez quatre couches de papier filtre pour absorber le fluide évacué des hydrogels.
3. Utiliser quatre couches de gels comprimés roulés les uns sur les autres (Figure 2B) et découpés en segments de 15 mm (Figure 2C) pour fabriquer l’ET.
   NOTE: Des lapins mâles blancs de Nouvelle-Zélande âgés de 16 à 25 semaines ont été utilisés dans les expériences.
4. Calmer les animaux avec une dose intramusculaire (i.m.) d’Hypnorm (0,3 mg /mL) et les euthanasier en administrant un surdosage de pentobarbitone.
5. Immédiatement après l’euthanasie, coupez les poils sur les deux pattes postérieures. Ensuite, avec une lame chirurgicale de taille 20, faites une incision de 9 cm autour de la zone tibiofibulaire inférieure pour exposer le tendon tibialis postérieur (TP).
6. Avec la même lame chirurgicale, excisez les tendons TP de lapine d’une longueur moyenne de 70 mm et maintenez-les humides dans le PBS pendant le processus expérimental pour éviter le séchage.

3. Développement d’une nouvelle technique tenorrhaphy

REMARQUE: Les sutures (voir tableau des matériaux)sont non résorbables et fabriquées à partir d’un stéréoisomère cristallin isotactique de polypropylène, qui est une polyoléfine linéaire synthétique. Les sutures imbriquées du noyau étaient principalement constituées de 3-0 et les sutures périphériques étaient de 6-0. Ce sont les deux principales sutures utilisées dans toutes les expériences.

1. Avec une lame chirurgicale, coupez le tendon TP au milieu. Exciser un segment de 15 mm du tendon du milieu du tendon et le remplacer par le greffon de collagène ET (Figure 2D). Imbriquez la suture 3-0 par voie proximale loin des extrémités tendineuses natives(Figure 3A).
2. Passez les sutures de noyau 3-0 au-dessus de toute la longueur de la greffe et imbriquez distalement loin de l’extrémité coupée.
3. Fixer les deux extrémités de l’ET au tendon natif avec des sutures 6-0 et continues autour de la périphérie en couplant deux extrémités de tendon(Figure 3B). Ceci est fait pour que le greffon puisse être déplacé facilement sur la suture en plaçant une tension sur le tendon natif²⁰.
4. Après avoir fixé la suture comme décrit ci-dessus, assurez-vous manuellement que la tension sur les sutures est appropriée et qu’il n’y a pas de flaccidité dans l’ensemble de la suture.

Résultats

Nous avons utilisé des greffes de collagène fabriquées à partir de collagène de type I, car c’est la protéine prédominante présente dans le tendon. Il constitue près de 95% du collagène total dans le tendon; par conséquent, le collagène a présenté toutes les propriétés idéales pour imiter le tendon in vivo^21,22.

Dans cette étude, le collagène de type I utilisé a...

Discussion

Dans cette étude, les greffes de collagène de type I issues de l’ingénierie tissulaire ont été choisies comme greffe de tendon parce que le collagène est un polymère naturel et utilisé comme biomatériau pour diverses applications d’ingénierie tissulaire^27,28_. En outre, le collagène constitue 60% de la masse sèche du tendon, dont 95% est du collagène de type 1 ^21,29,...

Matériaux

Liste des matériaux utilisés dans cet article

Nom	Entreprise	Numéro de catalogue	Commentaires
Queue de rat type 1 Collagène  ;	First Link, Birmingham, Royaume-Uni	60-30-810
Sutures prolènes 6-0	Ethicon Ltd, Édimbourg, Royaume-Uni
sutures prolènes 3-0	Ethicon Ltd, Édimbourg, Royaume-Uni	D8911
Papier filtre Whatman	SIGMA-ALDRICH  ;
Gibco  ; DMEM, haute teneur en glucose	Thermo Fisher Scientific  ;
Maille en nylon  ;	Plastok (Mailles et Filtration) Ltd.	Na

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