מאמר שיטה

טכניקת השתלת עצם כירורגית לטיביה חולדה מודלים של סוכרת ואוסטאופורוזיס

2K צפיות

⸱

DOI:

10.3791/66591

⸱

5 ביולי 2024

 ,  ,  ,  ,  ,  ,  , 
1Faculty of Medicine and Health Sciences, University of Barcelona, 2Department of Oral Surgery, Davallmed Clinic. Porto, 3Biomaterials, Biomechanics and Tissue Engineering Group, Department of Materials Science and Engineering, Universitat Politècnica de Catalunya, 4Barcelona Research Centre in Multiscale Science and Engineering, Universitat Politècnica de Catalunya, 5Department of Periodontology, Davallmed Clinic. Porto, 6Department of Odontostomatology, University of Barcelona, 7Oral Health and Masticatory System Research Group at the Bellvitge Biomedical Research Institute (IDIBELL), 8Preclinical imaging platform, Vall d'Hebron Research Institute, Barcelona, 9Preclinical Therapeutics Core, Helen Diller Family Comprehensive Cancer Center, University of California, San Francisco, 10Animal facility, Vall d'Hebron Research Institute, Barcelona, 11UCSF Gnotobiotics Core Facility, University of California, San Francisco, 12Human Anatomy and Embryology Unit, Experimental Pathology and Therapeutics Department, Faculty of Medicine and Health Sciences, University of Barcelona

במאמר זה

סיכום

מיקום שתלים במודל חולדה הוא הליך ניסיוני חיוני למחקר קליני. מחקר זה מציג פרוטוקול כירורגי מקיף להשתלת שתלי טיטניום בשוקה של מודלים של חולדות עם סוכרת ואוסטאופורוזיס.

תקציר

החולדה משמשת מזה זמן רב כמודל בעל ערך ברפואת שיניים ובאורתופדיה, במיוחד בחקר יחסי הגומלין בין ביו-חומרים לרקמת עצם. השוקה של החולדה נבחרת לעתים קרובות בשל הגישה הכירורגית הקלה שלה דרך שכבות רקמה דקות (עור ושריר) והצורה השטוחה של פניה המדיאליות, מה שמקל על החדרה כירורגית של מכשירים תוך אוסיים. בנוסף, מודל זה מאפשר השראת מחלות ספציפיות, תוך חיקוי מצבים קליניים שונים כדי להעריך תגובות ביולוגיות למצבי שתל שונים כמו גיאומטריה, מרקם פני השטח או רמזים ביולוגיים. עם זאת, למרות המבנה קליפת המוח החזק שלה, התקנים intraosseous מסוימים עשויים לדרוש התאמות בעיצוב ובגודל עבור השתלה מוצלחת. לכן, קביעת שיטות כירורגיות סטנדרטיות למניפולציה של רקמות רכות וקשות באזור ההשתלה חיונית להבטחת מיקום תקין של שתלים או מכשירי בורג, במיוחד בתחומים כמו רפואת שיניים ואורתופדיה. מחקר זה כלל שמונים חולדות Sprague Dawley שחולקו לשתי קבוצות בהתבסס על מחלותיהן: קבוצה 1 עם אוסטאופורוזיס וקבוצה 2 עם סוכרת מסוג 2. ההשתלות בוצעו לאחר 4 שבועות ו -12 שבועות, כאשר אותו מנתח עוקב אחר טכניקה כירורגית עקבית. נצפתה תגובה ביולוגית חיובית, המעידה על אוסאואינטגרציה מלאה של כל השתלים שהונחו. תוצאות אלה מאמתות את הצלחת הפרוטוקול הניתוחי, אשר ניתן לשכפל למחקרים אחרים ולשמש אמת מידה לקהילת הביו-חומרים. יש לציין כי ערכי האוסאואינטגרציה נותרו יציבים הן לאחר 4 שבועות והן לאחר 12 שבועות עבור שני מודלי המחלה, מה שמראה שילוב עמיד של השתל לאורך זמן ומדגיש יצירת חיבור עצם אינטימי כבר בגיל 4 שבועות.

מבוא

הבחירה הנפוצה של חולדות כנבדקים ניסיוניים נובעת מהעובדה שהן קלות לגידול וזולות יחסית בהשוואה למודלים גדולים יותר של בעלי חיים. הופעתם של הליכים חדשים, כגון רבייה אמינה של הפרעה, למשל, אוסטאופורוזיס או סוכרת, הופכת מודל זה שימושי במיוחד לניתוח השימוש הפוטנציאלי בטיפולים ו / או השפעת המחלה בתגובה הביולוגית לתרופות ומכשירים כירורגיים או הליכים 1,2.

העלייה במסת העצם של החולדה מתרחשת בעיקר במהלך 6 החודשים הראשונים לחיים, אם כי כמה חוקרים מאמינים כי העצם הארוכה גדלה כל הזמן במשך שנה לפחות עם עלייה הדרגתית באורך1. עם ההזדקנות, יש מעבר מדוגמנות לשיפוץ, אשר אינו מתרחש בכל המקרים באופן שווה לאורך העצמות2. נקבות חולדות Sprague Dawley גדלות לאט יותר מחולדות זכרים ומשיגות שיא משקל נמוך יותר מחולדות זכרים1. התארכות עצם מתמשכת ודינמיקה מגוונת של עיצוב עצם בחולדות הם גורמים שיש לקחת בחשבון כאשר מטפלים בבעיות בריאות האדם; עם זאת, עדיין לא ניתן למצוא מחקר ניסיוני שמראה התפתחות עצם חולדה לכל החיים או חוסר יכולת של המין לעצב מחדש עצם1. אם הניסוי מתחיל בסביבות גיל 10 חודשים, יש להשאיר שוליים של לפחות 1 מ"מ מלוחית הגדילה של השוקה ללא פגע עקב צמיחת עצם אורכית זו, נושא שיש לשקול במחקרי שתלים דנטליים2. הורמונים הם גם פרמטר מרכזי במחקר העצם, שכן בגיל 8 חודשים, חולדות זכרים נמצאו בעלי רוחב עצם גדול יותר ב-22% וכוח שבירה גדול ב-33% מאשר נקבות בשוקה3.

לכן שכפול אמין של הפרעה חשוב מאוד באורתופדיה וברפואת שיניים עם שתלים, שכן אוסאואינטגרציה של בורג אורתופדי או שתל דנטלי היא תהליך מורכב התלוי בגורמים רבים המשפיעים על התגובה המערכתית להשתלת המכשיר בעצם. הפרעות סיסטמיות כמו אוסטאופורוזיס וסוכרת ידועות כמשפיעות על שיעור ההצלחה באורתופדיה וברפואת שיניים עם שתלים, ולכן ניתן ליישם את השכפול האמין של הפרעות אלה במודלים של חולדות כדי לחקור דרכים להתגבר על מגבלות אלה.

טיביה של חולדה, בשל הגישה הכירורגית הקלה, נפח העצם המתון והצורה השטוחה על הצלחת המדיאלית, הופכת אותה למתאימה לניסויי השתלת עצם כירורגיים 4,5, והיא שימשה במחקרים רבים שבדקו את ההשפעות של משטח השתל על אוסאואינטגרציה 4,5,6. מספר גדל והולך של מחקרים מעריכים את ההשפעות על אוסאואינטגרציה של ציפויים וחומרים שנוספו למשטח השתל הן בבעלי חיים בריאים7 והן בבעלי חיים פגועים הסובלים מסוכרת או אוסטאופורוזיס 8,9,10,11,12,13,14.

מספר מכשירי השתל המוצבים בשוקה של חולדה אחת מוגבל ויכול להשתנות בהתאם לסוג המחקר. בהתאם למספר השתלים או תנאי המחקר, יש להתאים את מידות המכשירים כדי למזער טראומה כירורגית. במחקרים עם שתל אחד, ניתן להציב שתל כמעט בגודל אנושי (קוטר 2.0 מ"מ ואורך 4 עד 5 מ"מ), ולעגון דו-קורטיקלי ניתן להשיג 6,7,15,16. מידות השתלים בפרוטוקולים מרובי שתלים צריכות לאמץ גודל שתל מתאים (קוטר 1.5 מ"מ ואורך 2.5 מ"מ)4,17.

המחקר הנוכחי נועד לתאר פרוטוקול כירורגי סטנדרטי למיקום שתל טיטניום על השוקה של שני מודלים של חולדות: אוסטאופורוזיס ומודל חולדות סוכרת. יתר על כן, מחקר זה מאפשר לבחון את הפרוטוקול הכירורגי כדי להעריך סוגים שונים של ביו-פונקציונליזציה של פני השטח של השתל והשפעתו על אוסאואינטגרציה.

מדגם של 80 חולדות חולק לשתי קבוצות. בקבוצה 1 נבחרו 40 נקבות Sprague Dawley שעברו כריתת שחלות ו-5 חיות דמה, עם משקל ממוצע של 484 גרם וגיל ממוצע של 12 שבועות. בהתבסס על המלצות ספקים (ראו טבלת חומרים), שלושה חודשים לאחר הסירוס, החל הניסוי. תקופת המתנה זו הבטיחה את היעלמותם של הורמוני המין. אוסטאופורוזיס אושרה בזמן הניתוח בהתבסס על ניתוח עצם טומוגרפיה מיקרו-ממוחשבת (micro-CT), אשר שיקף ממוצע של 20% אובדן עצם בהשוואה לקבוצת דמה. קבוצה 2 כללה 40 חולדות BBDR (Bio Breeding Diabetes Resistant) מהונדסות-גנטית עם סוכרת מסוג II. המשקל הממוצע היה 730 גרם, והגיל הממוצע היה 12 שבועות. לפני הניתוח, מצב הסוכרת אושר עם שלושה ימים רצופים של מדידות גלוקוז עם תוצאות גבוהות מ 200 מ"ג / ד"ל. גלוקוז נמדד עם גלוקומטר ב 6 שעות של צום, וטיפת דם נאספה על ידי ניקוב זנב.

נעשה שימוש בשתלי טיטניום דרגה 3 באורך 2 מ"מ ובקוטר 1.8 מ"מ. כל השתלים עוקרו בתנאי חדר נקי, על ידי ניקוי אולטרה-סאונד בציקלוהקסאן (3 פעמים למשך 2 דקות), אצטון (פעם אחת למשך דקה), מים נטולי יונים, (3 פעמים למשך 2 דקות), אתנול (3 פעמים למשך 2 דקות) ואצטון (3 פעמים למשך 2 דקות) באמצעות אמבט אולטרסאונד (230 וולט AC , 50/60 הרץ, 360 ואט). לאחר מכן, הדגימות יובשו בגז חנקן, וקרן חנקן בעוצמה של 0.5 בר הופעלה ישירות על הדגימות. לפני ההשתלה, השתלים הושרו תחילה במים שעברו דה-יוניזציה ולאחר מכן הוטבלו באתנול 70% (v/v) למשך 10 דקות. לאחר מכן הועברו השתלים לצינורות מיקרוצנטריפוגות סטריליות, והוחזקו בתנאים סטריליים עד לניתוח.

פרוטוקול

כל הליכי הניסוי נערכו בהתאם להנחיות הקהילה האירופית להגנה על בעלי חיים המשמשים למטרות מדעיות (דירקטיבה 2010/63/EU) כפי שיושמו בחוק הספרדי (צו מלכותי 53/2013) ובתקנות Generalitat de Catalunya (צו 214/97). אישור אתיקה לכל הנהלים והטיפול בבעלי חיים התקבל מוועדת האתיקה לניסויים בבעלי חיים של מכון ואל ד'חברון דה רצ'רקה (מספר רישום 72/18 CEEA). עבור המודל האוסטיאופורוטי, נקבות חולדות Sprague Dawley עם משקל ממוצע של 484 גרם וגיל ממוצע של 12 שבועות נוצלו. באשר למודל הסוכרתי, הועסקו חולדות BBDR (עמידות לסוכרת בגידול ביולוגי) מהונדסות, בעלות משקל ממוצע של 730 גרם וגיל ממוצע של 12 שבועות. כל בעלי החיים הגיעו מספק מסחרי. הפרטים הספציפיים של בעלי החיים, הריאגנטים והציוד שנעשה בהם שימוש במחקר מפורטים בטבלת החומרים.

1. הרדמה/פרמקולוגיה והכנת בעלי חיים

  1. ניהול שיכוך כאבים טרום ניתוחי באמצעות buprenorphine ב 0.05 מ"ג / ק"ג ו meloxicam ב 2 מ"ג / ק"ג באמצעות זריקות תת עוריות 10-15 דקות לפני תחילת ההליך הכירורגי.
  2. לבצע הרדמה תוך ניתוחית עם איזופלורן בשאיפה: להתחיל ב 5% באוויר צח במהלך הזירוז ולשמור על 3%. יש להשרות הרדמה בתא חולדה ולשמור על אספקת איזופלורן עם הסתגלות חרוטית לאף במהלך הניתוח.

2. הכנה לניתוח

  1. מדדו את חום הגוף של בעל החיים המורדם באמצעות בדיקה רקטלית והשתמשו בכרית חימום מבוקרת אלקטרונית לתמיכה תרמית לאורך כל ההליך הכירורגי. יש למרוח משחת עיניים לפני תחילת הניתוח כדי למנוע יובש בקרנית.
    הערה: במידת הצורך, יש למרוח מחדש את המשחה לאחר בדיקת יובש בעיניים.
  2. גזרו את השיער עם מכונת גילוח חשמלית ומרחו קרם להסרת שיער כדי לחסל את שאריות הפרווה.
  3. קבל שדה כירורגי אספטי על ידי ניקוי עור הברך בתבנית של יוד ואתנול 70% (v/v) באמצעות מקלונים סטריליים, החל מבפנים ונע החוצה את קו החתך מבלי לחזור. בצעו לפחות שלושה סיבובי ניקוי רצופים (יוד-אתנול-יוד).
  4. בודדו את שדה הניתוח על-ידי הצבת וילון כירורגי סטרילי מעל החיה, וחשיפת הרגל דרך הפתח המרכזי (איור 1).

3. ניתוח

  1. חשיפה כירורגית
    1. בצעו חתך עור בעובי מלא באורך של כ-1 ס"מ במאונך לאורך הגבול הפרוקסימלי של הפנים האנטרומדיאליות של השוקה, באזור המטפיזיה, כדי לחשוף את העצם (איור 2).
    2. ייצבו את הרגל ומשכו את העור צמוד לעצם שמתחתיה תוך כדי ביצוע החתך, כדי להבטיח שהחתך הנקי יישאר במיקום הנכון. הסתדרו על-ידי ניקוי הדימום הקל הצפוי בעזרת דחיסה ספוגה בתמיסת מלח (איור 2).
      הערה: עור החולדה דק ונפול או רופף. ייצוב העור הוא קריטי ונדרש.
    3. נתקו לחלוטין את הרקמה מהעצם באמצעות מעליות פריאוסטליות קטנות (איור 3).
    4. חשוף את העצם עד לזיהוי החדרת שריר הטיביאליס קרניאליס, הגרציליס ושריר הראש הצידי גסטרוקנמיוס בגבול האחורי של האספקט המדיאלי של השוקה, כרקמה לבנה סיבית הנצמדת היטב לעצם (איור 3).
      הערה: חשוב לזהות קבוצה זו של החדרות שרירים כדי לאפשר לשתל להיות ממוקם באזור עצם עם מאפיינים וגירויים דומים לאורך כל הדגימה, ללא קשר לגודל החולדה.
  2. תהליך הקידוח
    1. התחל את תהליך הקידוח באזור הנכון בין הפסגה הטיביאלית הפרוקסימלית לבין הגבול האחורי של הפנים המדיאלי של עצם השוקה, רציף להחדרת שריר הטיביאליס קרניאליס, הגרציליס ושריר הראש הצידי גסטרוקנמיוס, תוך הימנעות מכל פגיעה בשריר.1
      הערה: המיקום הנכון צריך להיות 5 מ"מ ± 2 מ"מ מהרמה הטיביאלית.
    2. קידוח עם מקסימום של 150 סל"ד (סיבובים לדקה) תחת השקיה בתמיסת מלח בטמפרטורה קרובה ל -20 ° C עם מנוע חשמלי כירורגי עם זווית נגדית הפחתה של 20: 1.
      הערה: נדרשו רק שני תרגילים.
    3. התחילו עם מקדח פיילוט לאנס (איור 4) בעומק של 2.4 מ"מ תחת השקיה של תמיסת מלח.
      הערה: לכל מקדחה היו מקסימום 10 שימושים.
    4. כמקדחה שנייה, השתמש (איור 4) במקדח עיצוב פיתול בעומק של 2.4 מ"מ בקוטר של 1.6 מ"מ תחת תמיסת מלח.
      הערה: לכל מקדחה היו מקסימום 10 שימושים.
  3. מיקום השתל
    1. הכנס את השתל עם חתיכת ביניים (איור 5) המחוברת לזווית הנגדית של הפחתה של 20:1.
    2. לפני הנחת השתל, נקו את השתל מכל חומר מעקר כימי שאריות על-ידי סיבובו בזווית הנגדית עם השקיה במי מלח בו זמנית למשך 10 שניות (איור 5).
    3. מקם את שתל הטיטניום (2 מ"מ לאורך וקוטר 1.8 מ"מ) באמצעות חתיכת הביניים ב-20 סל"ד תוך ניטור ערך המומנט בזמן אמת, תוך רישום מומנט ההחדרה המרבי.
      הערה: צפוי קושי ראשוני בהחדרת השתל בשל ההבדל בין המקדחה הסופית לשתל, כמו גם הפרופיל הגלילי של השתל; עם זאת, קושי ראשוני זה מנורמל במהירות ברגע שהשתל חודר לעצם קליפת המוח הראשונית.
    4. סיים את החדרת השתל לפני שהוא עובר לחלוטין את עצם קליפת המוח שבה הוא מוכנס, כלומר, את הפנים המדיאלי שטוח של השוקה.
      הערה: ברגע האחרון של החדרת השתל, חשוב להשאיר את השתל מעט מחוץ לעצם קליפת המוח או לרמה עם עצם קליפת המוח שבה הוא מוחדר, כלומר הפנים המדיאליות השטוחות של השוקה, כדי להבטיח יציבות ראשונית (איור 6).
  4. סגירת פצע
    1. תפרו את גבולות רקמת השריר באמצעות תפרים פנימיים פשוטים באמצעות תפר סינתטי 4/0 מונופילמנט (גליקונט) (איור 7).
    2. בצעו סגירת עור עם תפר תוך-עורי באמצעות תפר סינתטי 4/0 מונופילמנט (גליקונט) (איור 7).

4. סריקת מיקרו-CT

  1. לאחר סיום הניתוח ועדיין בהרדמה כללית, יש לבצע סריקת מיקרו-CT כדי לוודא מיקום נכון של השתל.
  2. הוציאו את החולדה ממיטת הניתוח והניחו אותה על מיטת הסריקה. אתר את הרגל המנותחת באמצעות מצב סריקה חיה micro-CT ומרכז את שדה הראייה על השתל.
    הערה: פרמטרי הרכישה המומלצים הם שדה ראייה של 5 מ"מ, רזולוציה מרחבית של 0.0001 מ"מ3, 50 kV, 200 μA וזמן רכישה של 3 דקות.
  3. לאחר רכישת הסריקה, אשר את המרחק הנכון בין האספקט הפרוקסימלי של השתל לבין פני השטח של הרמה הטיביאלית, על פי שלב 5.2.1.
    הערה: ערך זה יועיל לסטנדרטיזציה של הטכניקה (איור 8).

5. טיפול לאחר הניתוח

  1. לאחר רכישת ההדמיה, יש להחזיר את החולדה לכלוב ולעקוב אחריה עד להחלמה מלאה.
    הערה: פעולה זו נמשכת כ-5-10 דקות, בהתאם לדגם בעל החיים. חולדות סוכרתיות צפויות להישאר מורדמות זמן רב יותר וזמן החלמה ארוך יותר בשל השינויים המטבוליים הקשורים לסוכרת.
  2. מתן buprenorphine (0.1 מ"ג / ק"ג) כל 6-8 שעות meloxicam (5 מ"ג / ק"ג) כל 24 שעות, תת עורית, עד 72 שעות.
  3. זמן הסרת תפרים
    1. יש לבדוק את פצע הניתוח מדי יום לאיתור זיהום, שלמות התפרים או בעיות אחרות, ולהסיר את שאריות התפרים, במידת הצורך, 15 יום לאחר הניתוח.

6. המתת חסד

  1. הרדימו את בעלי החיים באמצעות תאCO2 , על פי הנחיות המכונים הלאומיים לבריאות (NIH), עם שיעור מילויCO2 של 30%-70% מנפח התא לדקה לאחר זמן ההשתלה (4 שבועות או 12 שבועות).

7. ניתוח לאחר ניתוח

  1. עבור שני המודלים (אוסטאופורוזיס וסוכרת), להסיר את השוקה על ידי disarticulation לאחר המתת חסד לניתוח נוסף.
    הערה: לגבי ניתוח מיקרו-CT, הנתונים אפשרו חישוב מגע בין שתל עצם (BIC). רכישת ה-CT בוצעה באמצעות הפרמטרים שתוארו לעיל, וניתוח ה-BIC בוצע על ידי חלוקת אזור העצם (מ"מ2) באזור השתל (מ"מ2) המחושב באזור קליפת המוח, תוך התאמת פרוטוקול שכבר תואר בספרות18. תמונות מייצגות מוצגות עבור כל מודל, אוסטאופורוזיס (איור 9) וסוכרת (איור 10).

תוצאות

שלב כירורגי
חשוב להזכיר כי שני המודלים של בעלי חיים המשמשים במחקר זה מציגים אילוצים מסוימים עקב מחלות המושרות. אילוצים אלה לגבי מניפולציה של רקמות קשות ורכות באים לידי ביטוי במהלך ההליך הכירורגי.

במודל הסוכרתי, החולדה גדולה יותר, מה שמקשה על ייצוב הרגליים במהלך הליכים כירורגיים. זה מגדיל את זמן הניתוח, וכתוצאה מכך, את זמן ההרדמה, אשר דורש זמן התאוששות ארוך יותר, ולכן, דורש ערנות רבה יותר בתקופה שלאחר הניתוח.

באשר למודל אוסטיאופורוטי, הדרישות היו שונות מאוד, להיות מרוכז יותר בזמן מניפולציה עצם. במקרה זה, ניתן לראות דימום גדול יותר במהלך הליך הקידוח. בנוסף, תהליך מיקום השתל הופך להיות קשה יותר. סיבוכים מסוימים עלולים להתרחש, כגון סדקים קטנים בעצם, שינוי התקדמות השתל במהלך כניסתו והפיכתו לבלתי יציב יותר בשל חוסר התנגדות עצם על הדפנות הרוחביות של השתל. מגבלה זו דורשת יותר לחץ ידני וייצוב במהלך המיקום, מה שמקשה על השליטה עד להשגת המיקום הנכון של השתל.

לגבי מומנט החדרת השתל המרבי, נצפו ערכים שונים יחסית לשתי המחלות (טבלה 1). באופן כללי, מומנט ההחדרה הממוצע המרבי שנצפה עבור המודל האוסטיאופורוטי היה גבוה יותר מאשר עבור מודל הסוכרת. עם תוצאות אלה, מעניין להבין את ההשפעה שיש לסוכרת על צפיפות העצם ועמידות העצם להחדרת שתלים, שכן נראה כי למצב זה יש השפעה חמורה יותר על התכונות המכניות של העצם בהשוואה לאוסטאופורוזיס.

ניתוח לאחר ניתוח
המיקום הנכון של שתלי הטיטניום לאחר 4 שבועות ו -12 שבועות של השתלה נותח על ידי הדמיית micro-CT. תמונות מייצגות מסופקות גם עבור חולדות אוסטיאופורוטיות (איור 9) וגם עבור חולדות סוכרתיות (איור 10). בסך הכל, השתלים הושתלו כראוי דרך הטיביה הקורטיקלית והטרבקולרית, תוך הפגנת מגע אינטימי ומתמשך עם החלק קליפת המוח, וללא כל סימני דלקת או תגובות שליליות, ובכך הוכיחו את הצלחת הפרוטוקול הכירורגי עבור שני המודלים של הפתולוגיה.

באופן קולקטיבי, ניתוח התמונות איפשר גם לחשב את היחס בין שטח העצם (מ"מ2) לעומת שטח השתל (מ"מ2), המכונה V(BIC), באזור קליפת המוח, ולהשוות את ביצועי ההליך הכירורגי לאורך זמן ובתוך מודלים. כפי שניתן לראות באיור 11, ערכי V(BIC) נשארו קבועים עבור המודל האוסטיאופורוטי לאחר 4 שבועות ו-12 שבועות, מה שמצביע על אינטגרציה יציבה של השתל לאורך זמן ומדגיש כי קשר אינטימי עם העצם מובטח כבר לאחר 4 שבועות. יש לציין כי ערכים דומים מאוד התקבלו עבור מודל הסוכרת, ובכך מראים את הלימות פרוטוקול המחקר עבור שני המודלים של הפתולוגיה.

figure-results-1
איור 1: שדה ניתוחי. שדה הניתוח המציג את המיקום הנכון של החולדה ואת החשיפה של האזור שיש להתערב, התאמה של המתאם החרוטי לדרכי הנשימה לשמירה על ההרדמה במהלך ההליך, כמו גם את המכשירים הדרושים להתערבות. אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של איור זה.

figure-results-2
איור 2: חתך ניתוחי. ייצוב נכון של כף החולדה, ובמקביל, תיקון העור הנייד הדק כדי לקבל חתך נכון. אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של איור זה.

figure-results-3
איור 3: חשיפה לעצם וזיהוי החדרת שרירים. צד שמאל: ניתוק מוחלט של הרקמות עם חשיפת העצם כתוצאה מכך. כדי לשמר ולמנוע נזק להחדרת שריר הטיביאליס קרניאליס, הגרציליס ושרירי הראש הרוחביים של גסטרוקנמיוס , חשוב לזהות נכונה את הרקמה הלבנה הסיבית הדבוקה היטב לעצם, הנראית באיור בצד ימין. אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של איור זה.

figure-results-4
איור 4: רצף קידוחים. רצף תהליך הקידוח מתחיל במקדח הטייס משמאל, ואחריו מקדח הפיתול מימין. כדי להבטיח הליך קידוח יציב ובטוח, חשוב לשמור על ייצוב הרגליים והרקמות הרכות במהלך הקידוח. אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של איור זה.

figure-results-5
איור 5: הכנה להחדרת שתל. השתל מוכנס לחתיכת ביניים שתוגש לתהליך הניקוי בתמיסת מלח בזמן שהשתל מסתובב ב-20 סל"ד. פיסת ביניים זו מאפשרת החדרת השתל לעצם באמצעות מכשיר אלקטרוני. התקן זה מבטיח שליטה במהירות החדרת השתל ומתעד את מומנט ההחדרה בזמן אמת. אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של איור זה.

figure-results-6
איור 6: מיקום שתל טיטניום. הצבת השתל בתוך העצם מחייבת את הצבתו על הפנים השטוחות של העצם המדיאלית, הרחק מהגבול הפרוקסימלי של הפנים הקדמיות-מדיאליות של העצם. אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של איור זה.

figure-results-7
איור 7: סגירת פצע. השלבים לסגירת הפצע נצפים בשני מישורים שונים. משמאל: המישור הראשון, העמוק יותר, נעשה עם תפרים פשוטים כדי לקרב את הקצוות של רקמת השריר. מימין: המישור השני, השטחי יותר, מתבצע עם תפר תוך עורי כדי לקרב את העור תוך מניעת הקשר מלהיות במצב חיצוני. אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של איור זה.

figure-results-8
איור 8: סריקת מיקרו-CT של מיקום השתל לאחר הליך כירורגי. האיור ממחיש את מיקום החולדה בסורק המיקרו-CT, והתמונות של מיקום השתל מחולקות לשלושה חלקים, המתאימים לתצוגות x, y ו-z, בהתאמה. השתל מכוון עם חץ אדום בתצוגות השונות. אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של איור זה.

figure-results-9
איור 9: סריקת מיקרו-CT של שתל שהונח בשוקה של חולדה אוסטיאופורוטית. תמונות מיקרו-CT מייצגות לאחר ניתוח של שתלי טיטניום שהונחו בשוקה של חולדות אוסטיאופורוטיות לאחר (A) 4 שבועות ו-(B) 12 שבועות של השתלה. כל תמונה מחולקת לשלושה חלקים, המתאימים לתצוגות x, y ו- z, בהתאמה. אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של איור זה.

figure-results-10
איור 10: סריקת מיקרו-CT של שתל שהונח בשוקה של חולדה סוכרתית. תמונות מיקרו-CT מייצגות לאחר ניתוח של שתלי טיטניום שהונחו בשוקה של חולדות אוסטיאופורוטיות לאחר (A) 4 שבועות ו-(B) 12 שבועות של השתלה. כל תמונה מחולקת לשלושה חלקים, המתאימים לתצוגות x, y ו- z, בהתאמה. אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של איור זה.

figure-results-11
איור 11: ניתוח מגע עם שתל עצם (BIC). ערכי V (BIC) מחושבים כשטח עצם (מ"מ2) *100/ שטח השתל (מ"מ2) מתמונות מיקרו-CT עבור מודלים אוסטיאופורוטיים (אוסטאו) וסוכרתיים (דיאב) לאחר 4 שבועות (4 w) ו-12 שבועות (12 w) לאחר ההשתלה. אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של איור זה.

מומנט החדרת שתל מרבי [N·cm]
מודלרגל ימיןרגל שמאל
אוסטאופורוזיס6.11 ± 0.966.49 ± 1.34
סכרת4.79 ± 1.704.90 ± 1.76

טבלה 1: מומנט הכנסה מרבי. הבדלים בערכי המומנט המרביים המתקבלים במהלך החדרת השתל בין חולדות סוכרתיות לחולדות אוסטיאופורוטיות. חולדות סוכרתיות מציגות ערכי מומנט מרביים נמוכים יותר מאשר חולדות אוסטיאופורוטיות.

דיון

למרות שהחולדה היא מודל נפוץ לחקר אוסאואינטגרציה, חשוב להגדיר ולתאר טכניקה כירורגית הניתנת לשחזור להנחת שתלים כראוי. טכניקה כזו יכולה לשמש מדריך לקהילה המדעית. יתר על כן, העובדה כי מחלות מסוימות, כגון אוסטאופורוזיס וסוכרת, לשנות את חילוף החומרים עצם מרמז על דרישות חזקות יותר לתכנון נכון של הליכים כירורגיים. החולדה משתווה לטובה עם מודלים אחרים של בעלי חיים מכיוון שהיא מציגה את המאפיינים העיקריים הן של אוסטאופורוזיס (שברים ספונטניים ובעלי השפעה נמוכה) והן של סוכרת והשמנת יתר הנגרמת על ידי דיאטה ללא צורך במתקנים מיוחדים יקרים וניסויים ארוכים ויקרים, ובקרה ותחזוקה לאחר הניתוח19. גודלה הקטן של החולדה, פריונה הגבוה ואורך החיים הקצר שלה מאפשרים ניסויים בקנה מידה גדול וחסכוניים בזמן תוך עמידה בשלוש דרישות R של ניסויים בבעלי חיים (החלפה, הפחתה ועידון)20.

למרות הספרות המדעית הרבה בתחום, ישנם רק מאמרים מדעיים מעטים המתארים טכניקות כירורגיות מפורטות. עם זאת, הרוב המכריע משמיט מידע כירורגי חיוני, ובכך מונע את האפשרות לשכפל את הטכניקות המתוארות.

בפרוטוקול כירורגי זה, יש לקחת בחשבון מספר שלבים קריטיים לאורך ההליך הכירורגי, כגון מיקום החתך, המיקום המדויק לקידוח ולמיקום השתל, טכניקת הקידוח, המידות המדויקות של השתל והמקדח הסופי המשמש להחדרת השתל.

בספרות, המיקום המדויק של החתך הוא לעתים קרובות לא מדויק, חסר בסיס מדעי למיקומו. החתך צריך להתבצע באזור שונה מזה של מיקום השתל. חשוב להימנע מהנחת החתך והתפר הנובע מכך ישירות מעל האזור המושתל כדי לשמור על שלמות הפריאוסטאום המנותק מעל השתל. חתך וניתוק ראשוני של דש בעובי מלא יכולים לשבש את אספקת הדם ולפגוע בפריאוסטאום, מה שעלול להוביל להפרעה בפעילות התאים הפריאוסטיאליים במהלך היווצרות עצם חדשה, כפי שנצפה במחקרים אחרים21. גישה זו נועדה לייעל את היווצרות העצם הפרי-שתלים ולמזער טראומה, ריפוי לקוי, פיברוזיס או הסיכון להתיישבות חיידקים באזור התפרים. בשיטה זו, החתך מפורט ונעשה בפסגה הטיביאלית הפרוקסימלית, ומבטיח שהוא לא נמצא ישירות מעל אתר מיקום השתל.

בעת קביעת האזור למיקום השתל, חיוני להבטיח צפיפות עצם אחידה על פני הדגימה. בדרך כלל, המדידות מתייחסות לרמה הטיביאלית. בהתחשב בשונות הגודל האורכית בין חולדות, יש צורך בהתייחסות אנטומית כדי למקם שתלים באופן עקבי באותו אזור. בשיטה זו, האזור הסמוך להחדרת שרירי הראש הצדדיים tibialis cranialis, gracilis ו - gastrocnemius lateral משמש כנקודת התייחסות אנטומית אמינה. אזור זה, המאופיין בהחדרות שרירים, צפוי להציג צפיפות עצם הומוגנית לאורך כל הדגימה.

כאשר דנים בשיטת הקידוח, חשוב לספק פרטים מדויקים על סוג/מידות המקדחה/ות, מהירות הקידוח (הנמדדת בדרך כלל בסל"ד) והטמפרטורה של תמיסת המלח. גורמים אלה חיוניים למניעת שטח נמק נרחב והיווצרות לאחר מכן של רקמה סיבית22,23, כפי שהודגש במספר מחקרים שהתמקדו בתגובות נמקיות המושרות על ידי קידוח. עם זאת, מאמרים מסוימים חורגים ממגבלות ביולוגיות אלה24 בשיטות הקידוח שלהם, בעוד שאחרים משמיטים מידע חיוני זה לחלוטין 4,25,26,27,28. מחקר זה מדגיש את אמצעי הזהירות הקפדניים הננקטים במהלך הליכי הקידוח כדי להפחית טראומה כירורגית ונמק רקמות. בחרנו בהליך קידוח בטיחותי במהירות של 150 סל"ד, רמה הנחשבת בטוחה מבחינת טמפרטורת העצם גם ללא תמיסת מלח. גישה זו יעילה מבחינת מהירות הקידוח ומאפשרת בקרת קידוח טובה במהלך הליך29,30. בנוסף, שמרנו על השקיה וקירור באמצעות תמיסת מלח בטמפרטורה של כ-20°C כדי למתן עוד יותר את ההשפעות התרמיות האפשריות.

פיסת מידע רלוונטית נוספת שהושמטה לעתים קרובות היא גודל השתל בו נעשה שימוש. השמטה זו אינה מאפשרת לפרש את הקשר בין גודל המקדחה הסופית לגודל השתל. פער זה חיוני להערכת יציבות השתל, אשר בגירעון עלול להוביל לחוסר יציבות, בעוד שבעודף, הוא עלול לגרום ללחץ עודף ולתגובה איסכמית-נמקית.

חשוב לציין כי על מנת להשיג יציבות ראשונית, צריך להיות הבדל קל בקוטר בין המקדח הסופי לבין השתל, כאשר השתל יהיה מעט גדול יותר בקוטר. פרמטר ניתוחי קריטי זה להשגת יציבות ראשונית אינו תמיד עקבי בספרות, שכן חלק מהמתודולוגיות כוללות מקדח סופי בקוטר גדול יותר מהשתל המוצב4. בהתחשב בכך שאזור זה מאופיין בהחדרות שרירים, צפויה צפיפות עצם הומוגנית וחזקה לאורך כל הדגימה. מאפיין זה מסייע למנוע את המגבלה העיקרית שדווחה עבור התערבויות טיביאליות של חולדות, כלומר הצמיחה האורכית של השוקה לאורך זמן31. בנוסף, שיטה זו מאפשרת בקרת טמפרטורה, המטפלת באחד הגורמים לסיבוכים ולתחלואה23 שבאה בעקבותיהם. עם זאת, בדומה למחקרים אחרים, גם מחקר זה מתמודד עם מגבלה הנוגעת לצורך להתאים את המכשיר עקב שינויים בגודלהשוקה 4,17.

חשש נוסף הקשור למספר בעלי החיים בהם נעשה שימוש הוא החשיבות של בחירת גודל מדגם מתאים. זה חיוני למקסום ההשפעה של תוצאות המחקר תוך מזעור השימוש בבעלי חיים. אסטרטגיה כזו לא רק משפרת את היעילות והאמינות של מחקרים, אלא גם מדגישה את השיקולים האתיים במחקר מדעי. יש להמשיך במאמצים לייעל יעילות זו.

לסיכום, השיטה הנוכחית מספקת תיאור מפורט של כל הפרוצדורות הכירורגיות ומאפשרת התבוננות באתגרים כירורגיים שונים בשתי המחלות. יתר על כן, פרוטוקול זה בולט כשיטה תקפה מכיוון שכל הדגימות עם מגע ישיר עם העצם השיגו ערכי V (BIC) יציבים. עם זאת, הוא שונה מרוב המחקרים הניסיוניים בספרות בכך שהוא מציג טכניקה מפורטת ומוצדקת, ובכך מאפשר שכפול מדויק. כתוצאה מכך, ניתן להשתמש בו כדי לחקור את ההשפעה של משטחי שתלים שונים במחלות שונות, כולל אלה המשפיעות על צפיפות העצם.

גילויים

אנו מצהירים בזאת כי אין ניגוד עניינים בנוגע למאמר מדעי זה.

תודות

המחברים מודים לסוכנות המחקר הממלכתית הספרדית על התמיכה הכספית באמצעות פרויקטים PID2020-114019RBI00 ו- PID2021-125150OB-I00.

חומרים

רשימת החומרים שנעשה בהם שימוש במאמר זה
שםחברהמספר קטלוגהערות
22 מחטי G + A2: C30TerumoNN-2238R
4/0 מונופילמנט תפר סינטטי נספגבראון ( MonoSyn)
5 מ"ל, 10 מ"ל מזרקיםבראון4617100V-02 4606051V
מלקחיים אדסוןאנט ואטילדה; oסימוכין רפואי: A586
BBDR (ביו-רבייה עמידה לסוכרת) Sprague Dawley RatsJanvier Labs
BetadineMylan
BuprecareAnimalcare (בריטניה)
Castroviejo קליפר 0-40 מ"מ 15 ס"מ זוויתיUL AMIN Industries
Castroviejo מחזיק מחטAntã oסימוכין רפואי: AM1702
מספריים לניתוחי שיניים מעוקלים וישרים; o מכונת גילוח חשמליתרפואית AMA603 / AMA600
Oster Pro 3000i34264482227
מלקחיים עדינים במיוחדF.S.TRef: 11150-10
רפידות גזהCOVIDIEN441001
גלוקומטרמנאריני (איטליה)
מקדחה הליקואידית / מקדחה אוסטאו-פין ואוסלאש; 1.6 מ"מsoadcoRef. OS-8001
שתלים / בורג OSTEO-PIN Ø 1.8 x 2.0 מ"מSoadcoRef. OS-3
IsofloLe Vet Pharma (הולנד)
מקדחת פיילוט לאנס / מקדחה Lanceolate (DS)soadcoRef. 10 02 01 T
כפפות לטקס - כפפות כירורגיות סטריליותHartmannRef: 9426495
Lucas Surgical CuretteAntã oסימוכין רפואי: AMA940-3
MetacamBoehringer Ingelheim (גרמניה)
מיקרו מלקחיים ישריםnopa Ref: AB 542/12
סריקת מיקרו-CT ( Quantum Fx microCT )פרקין אלמר (ארה"ב)
אוסטאופורוטי ספראג דולי נקבות חולדותJanvier Labs
מעלית פריוסטאלית -  נמס 2-4אנטוטילדה; oסימוכין רפואי: A1564
פתרון פיזיולוגי להשקיהHygitechRef: 10238
להב אזמל פלדת פחמן 15CRazor MedRef: 02846
ספוגיות גזה סטריליותAlledentalRef: 270712
מערכת השקיה סטריליתHygitechRef: HY1-110001D
מגבות סטריליות (1 חתיכה לכל בעל חיים)Dinarex4410
ידית כירורגית נגד זוויתW& HRef: WS-75 LED G
ידית כירורגית נגד זוויתW& HSN 08877
ידית כירורגית נגד זוויתW& HSN 01309
מנוע חשמלי כירורגיWH מושתל סוג: SI-1023  Ref: 30288000
ידית אזמל כירורגיתAsaDentalRef: 0350-3
מהדקי מגבתXelpov כירורגיAF-773-11
מכשיר אולטרסאונדJ.P. Selecta, Abrera, ספרד

מקורות

  1. Turner, R. T., et al. Animal models for osteoporosis. Rev Endocr Metab Disord. 2 (1), 117-127 (2001).
  2. Jee, W. S., Yao, W. Overview: Animal models of osteopenia and osteoporosis. J Musculoskelet Neuronal Interact. 1 (3), 193-207 (2001).
  3. Kim, B. T., et al. The structural and hormonal basis of sex differences in peak appendicular bone strength in rats. J Bone Miner Res. 18 (1), 150-155 (2003).
  4. Alenezi, A., Galli, S., Atefyekta, S., Andersson, M., Wennerberg, A. Osseointegration effects of local release of strontium ranelate from implant surfaces in rats. J Mater Sci Mater Med. 30 (10), 116(2019).
  5. Blanc-Sylvestre, N., Bouchard, P., Chaussain, C., Bardet, C. Pre-clinical models in implant dentistry: Past, present, future. Biomedicines. 9 (11), 1538(2021).
  6. Schliephake, H., et al. Functionalization of titanium implants using a modular system for binding and release of VEGF enhances bone-implant contact in a rodent model. J Clin Periodontol. 42 (3), 302-310 (2015).
  7. Mafra, C. E. S., et al. Effect of different doses of synthetic parathyroid hormone (1-34) on bone around implants: A preclinical rat model. Braz Dent J. 30 (1), 43-46 (2019).
  8. Rybaczek, T., Tangl, S., Dobsak, T., Gruber, R., Kuchler, U. The effect of parathyroid hormone on osseointegration in insulin-treated diabetic rats. Implant Dent. 24 (4), 392-396 (2015).
  9. Zou, G. K., et al. Effects of local delivery of bfgf from plga microspheres on osseointegration around implants in diabetic rats. Oral Surg Oral Med Oral Pathol Oral Radiol. 114 (3), 284-289 (2012).
  10. Zhang, J., et al. Effect of nerve growth factor on osseointegration of titanium implants in type 2 diabetic rats. Int J Oral Maxillofac Implants. 31 (5), 1189-1194 (2016).
  11. Kuchler, U., et al. Intermittent parathyroid hormone fails to stimulate osseointegration in diabetic rats. Clin Oral Implants Res. 22 (5), 518-523 (2011).
  12. Hashiguchi, C., Kawamoto, S., Kasai, T., Nishi, Y., Nagaoka, E. Influence of an antidiabetic drug on biomechanical and histological parameters around implants in type 2 diabetic rats. Implant Dent. 23 (3), 264-269 (2014).
  13. Han, Y., et al. Sustained topical delivery of insulin from fibrin gel loaded with poly(lactic-co-glycolic acid) microspheres improves the biomechanical retention of titanium implants in type 1 diabetic rats. J Oral Maxillofac Surg. 70 (10), 2299-2308 (2012).
  14. De Molon, R. S., et al. Impact of diabetes mellitus and metabolic control on bone healing around osseointegrated implants: Removal torque and histomorphometric analysis in rats. Clin Oral Implants Res. 24 (7), 831-837 (2013).
  15. Simon, M. M., et al. A comparative phenotypic and genomic analysis of c57bl/6j and c57bl/6n mouse strains. Genome Biol. 14 (7), R82(2013).
  16. Cirano, F. R., et al. Effect of curcumin on bone tissue in the diabetic rat: Repair of peri-implant and critical-sized defects. Int J Oral Maxillofac Surg. 47 (11), 1495-1503 (2018).
  17. De Oliveira, M. A., et al. The effects of zoledronic acid and dexamethasone on osseointegration of endosseous implants: Histological and histomorphometrical evaluation in rats. Clin Oral Implants Res. 26 (4), e17-e21 (2015).
  18. Vandeweghe, S., Coelho, P. G., Vanhove, C., Wennerberg, A., Jimbo, R. Utilizing micro-computed tomography to evaluate bone structure surrounding dental implants: A comparison with histomorphometry. J Biomed Mater Res B Appl Biomater. 101 (7), 1259-1266 (2013).
  19. Kleinert, M., et al. Animal models of obesity and diabetes mellitus. Nat Rev Endocrinol. 14 (3), 140-162 (2018).
  20. Grimm, H., et al. Advancing the 3Rs: Innovation, implementation, ethics and society. Front Vet Sci. 10, 1185706(2023).
  21. Melcher, A. H. Role of the periosteum in repair of wounds of the parietal bone of the rat. Arch Oral Biol. 14 (9), 1101-1109 (1969).
  22. Barrak, I., et al. Heat generation during guided and freehand implant site preparation at drilling speeds of 1500 and 2000 rpm at different temperatures: An in vitro study. Oral Health Prev Dent. 17 (4), 309-316 (2019).
  23. Kniha, K., et al. Effect of thermal osteonecrosis around implants in the rat tibia: Numerical and histomorphometric results in context of implant removal. Sci Rep. 12 (1), 22227(2022).
  24. Da Silva, J. P., et al. Apoptosis in bone defect of diabetic rats treated with low intensity laser: Radiological and immunohistochemical approach. International Journal of Morphology. 35, 178-183 (2017).
  25. Zeller-Plumhoff, B., et al. Analysis of the bone ultrastructure around biodegradable Mg-χGd implants using small angle X-ray scattering and X-ray diffraction. Acta Biomater. 101, 637-645 (2020).
  26. Bruns, S., et al. On the material dependency of peri-implant morphology and stability in healing bone. Bioact Mater. 28, 155-166 (2023).
  27. De Morais, J. A., et al. Effect of diabetes mellitus and insulin therapy on bone density around osseointegrated dental implants: A digital subtraction radiography study in rats. Clin Oral Implants Res. 20 (8), 796-801 (2009).
  28. Aydemir Celep, N., Kara, H., Erbas, E., Dogan, E. Radioprotective role of amifostine on osteointegration of titanium implants in the tibia of rats. J Vet Sci. 24 (3), 35(2023).
  29. Delgado-Ruiz, R. A., et al. Slow drilling speeds for single-drill implant bed preparation. Experimental in vitro study. Clin Oral Investig. 22 (1), 349-359 (2018).
  30. Abdel Motagly, M., El Khadem, A., Abdel Rassoul, M. Assessment of low-speed drilling without irrigation, versus convencionaldrilling with irrigation regarding heat generation and peri-implant marginal bone loss (randomised clinical trial). Alex Dent J. 46 (2), 33-38 (2021).
  31. Lelovas, P. P., Xanthos, T. T., Thoma, S. E., Lyritis, G. P., Dontas, I. A. The laboratory rat as an animal model for osteoporosis research. Comp Med. 58 (5), 424-430 (2008).

הדפסות חוזרות והרשאות

תגיות

טכניקת השתלת עצם כירורגית לטיביה חולדה מודלים של סוכרת ואוסטאופורוזיס
צור קשר
המלצה לספרייה

פרטיות

תנאי שימוש

מדיניות

2026 © זכויות יוצרים MyJoVE Corporation. כל הזכויות שמורות.