ברחבי העולם, כאבי צוואר מדורגים כגורם הרביעי בשכיחותו לנכות, המשפיע על למעלה מ-30% מהאנשים מדי שנה1. למרות שבדרך כלל קשורים להזדקנות ולשינויים ניווניים, כאבי צוואר יכולים להופיע גם אצל אנשים צעירים יותר וכלבים עקב גורמים גנטיים, הרגלי אורח חיים ומתח ביומכני. בעוד שכאבי צוואר עשויים לנבוע מגורמים שונים, מחלת דיסק בין חולייתי (IVD) היא בין הגורמים המשמעותיים ביותר, במיוחד בגלל תפקידה בדחיסת מבנים עצביים.
בעמוד השדרה הצווארי, מחלת IVD מובילה למיאלופתיה צווארית דחיסה (CCM), הפרעה מוכרת בעמוד השדרה הפוגעת הן בבני אדם והן בכלבים 2,3. בבני אדם, CCM מתבטא בכאבי צוואר, חוסר תחושה ותפקוד מוטורילקוי 2. באופן דומה, גזעי כלבים גדולים כמו הדנים הגדולים ודוברמן פינצ'רס רגישים לספונדילומילופתיה צווארית (CSM), הידועה בכינויה תסמונת וובלר. CSM כרוך בדחיסת חוט השדרה עקב בליטות דיסק, שינויים בעצמות החוליות, חוסר יציבות בחוליות ושינויים ניווניים ברצועות ובמפרקי הפנים. יחד, גורמים אלה גורמים לדחיסת חוט השדרה ושורש העצב, מה שמוביל לסימנים קליניים כמו הליכה לא מתואמת, במיוחד בגפיים האחוריות, יחד עם חולשה שעלולה להתקדם לגפיים הקדמיות. כלבים עשויים להראות כאבי צוואר, נוקשות וחוסר רצון להוריד את הראש, ולעתים קרובות להפגין אי נוחות במישוש 4,5. הצורה הנפוצה ביותר של תסמונת וובלר בכלבים היא CSM הקשור לדיסק המשפיע בעיקר על מקטעי עמוד השדרה C4-C5, C5-C6 ו-C6-C76.
בדרך כלל, חולים בני אדם וכלבים הסובלים מ-CCM ו-CSM הקשורים לדיסק, בהתאמה, מגיבים היטב לטיפול רפואי שמרני, שינויים באורח החיים ופיזיותרפיה. חולים אנושיים ווטרינריים עם צורות מתקדמות וניווניות של מחלת IVD שבהן דחיסה משמעותית של מבנים עצביים כבר לא מגיבה לאסטרטגיות שמרניות מטופלים בניתוח 7,8. טכניקות כירורגיות קונבנציונליות למיאלופתיה צוואר הרחם, כגון הליכי דקומפרסיה וייצוב הסחת דעת (איחוי עמוד השדרה) משמשות בדרך כלל כדי להקל על הדחיסה העצבית ולהחזיר את יציבות עמוד השדרה 9,10. למרות שטיפולים כירורגיים אלה יכולים להקל ביעילות על הכאב, הם אינם מצליחים לשחזר את תפקוד יחידת עמוד השדרה ולעתים קרובות גורמים לניוון מואץ או לקיבוע מוחלט של מקטע עמוד השדרה הפגוע. יתר על כן, איחוי עמוד השדרה נקשר להתפתחות מחלת מקטע סמוך (ASD), שכן קיבוע של המקטעים המאוחים עלול להוביל ללחץ מכני מוגבר ולהתנוונות מואצת ברמות סמוכות. אף על פי כן, קשר זה נותר נושא לדיון מתמשך בספרות 9,11.
במהלך שני העשורים האחרונים, החלפת דיסק בין-חולייתי (IVD), הידועה בשם מפרקי דיסק צוואר הרחם (CDA), באמצעות תותבת דיסק מלאכותית, שימשה לשימור ניידות המקטע והפכה לאופציה מבוססת בפרקטיקה הקלינית האנושית לאחר אישורי ה-FDA בתחילת שנות ה-200012. בשלב הפרה-קליני, ניתוח מפרקי דיסק נחקר בהרחבה באמצעות מודלים ניסיוניים של בעלי חיים כגון עזים, כבשים וכלבים 13,14,15. נכון להיום, היישום הווטרינרי של CDA בכלבים הוא נדיר, וחסרים מחקרי מעקב ארוכי טווח. בעוד שכמה מחקרים דיווחו על פיתוח דיסקים מלאכותיים לשמירה על ניידות מקטעים בכלבים16,17, עדויות עדכניות של Falzone et al. (2022) מדגישות מגבלות חשובות. הממצאים שלהם הראו שכיחות וחומרה גבוהות יותר של שקיעה בכלבים שטופלו בדיסקים מלאכותיים (Adamo disc) בהשוואה לכלבים שעברו קיבוע הסחת דעת. הידרדרות קלינית והצורך בניתוח תיקון היו שכיחים יותר גם בבעלי חיים שטופלו בדיסקים מלאכותיים של אדמו, מה שעורר חששותלגבי הביצועים הביומכניים ארוכי הטווח שלו.
למרות ש-CDA אושר לשימוש בבני אדם, ודורות שונים של דיסקים מלאכותיים זמינים כיום, מספר מגבלות הופכות את הטכניקה הזו למאתגרת, במיוחד עבור חולים צעירים הזקוקים ליציבות שתלים לטווח ארוך19. הנושאים הקריטיים ביותר כוללים נדידה, תזוזה ושקיעה של הדיסקה המלאכותית20. כתוצאה מכך, פותח דיסק מלאכותי חדש (BioAID) המבוסס על ההנחה כי חיקוי המבנה הטבעי והביומכניקה של ה-IVD עשוי לסייע בשימור דפוסי העומס הפיזיולוגיים ולהפחית את הסיכון להפרעה במקטע עמוד השדרה הסמוך.
ב-IVD מלאכותי ביומימטי זה (BioAID), הגרעין העיסתי (NP) של ה-IVD הטבעי מדומה על ידי ליבה פנימית ויסקו-אלסטית, הטבעת הפיברוסוס (AF) מיוצגת על ידי מעיל סיבי פוליאתילן בעל משקל מולקולרי גבוה במיוחד (UHMWPE) עמיד במתח, והחיבור בין ה-IVD לחוליות הסמוכות משוכפל על ידי לוחות קצה מטיטניום עם שדריות המבטיחות יציבות, עיגון ועמידות בפני נדידה. כדי להעריך את הפונקציונליות שלו, השתל מסתמך על גישה להיבט הגחוני של הצוואר, הסרת ה- IVD ושימוש במכשירים כירורגיים מיוחדים שתוכננו במיוחד להשתלת דיסק מלאכותי. גישה כירורגית מותאמת אישית, יחד עם מכשירים כירורגיים מיוחדים אלה, נחוצה בשל המאפיינים המבניים והתפקודיים הייחודיים של הדיסק המלאכותי, המבדילים אותו ממערכות CDA קונבנציונליות. במטרה לתרגם את הטכניקה לשימוש קליני הן בבני אדם והן במטופלים וטרינריים, העבודה הנוכחית מספקת מדריך מפורט להשתלת דיסק מלאכותי, המתאר את התכנון והשיטה הניתוחי ברמת C4-C5 IVD במודל עז - בעל חיים המשמש לעתים קרובות בחקר עמוד השדרה בשל הרלוונטיות האנטומית והנגישות שלו.
ה-IVD המלאכותי הביומימטי מתוכנן לחקות את המבנה והתפקוד של הדיסק הטבעי (איור 1A,B). העיצוב המקורי של שתל זה (עיין בטבלת החומרים) הורכב מהידרוג'ל נפיחות ג'לטיני המדמה את הגרעין העיסתי, ממברנת פוליאתילן במשקל מולקולרי גבוה במיוחד (UHMWPE) שאימצה את ליבת ההידרוג'ל, מעטפת סיבי UHMWPE מצופה הידרוקסיאפטיט בעלת מתיחה גבוהה המייצגת את המיקוד האוטומטי, ולוחות קצה מטיטניום מודפסים בתלת מימד עם שדריות (איור 1C) המחברים את הדיסק לחוליות הסמוכות. הערכה ביומכנית של העיצוב המקורי של הדיסק המלאכותי החדש הזה הראתה שהוא יכול לחקות את ההתנהגות הקינמטית של הדיסק הבין חולייתי המוחלף21. בגרסה העדכנית ביותר של שתל זה, הליבה הפנימית של ההידרוג'ל הוחלפה בחומר ויסקו-אלסטי (פוליקרבונט פוליאוריטן (PCU) (איור 1D). שתל הדיסק המלאכותי עבר תחילה טיפול תחריט פלזמה ולאחר מכן עיקור בשיטת עיקור גז אתילן אוקסיד (EO) (עיין בטבלת החומרים) ונבדק לסטריליות באמצעות ניתוח גידול חיידקים אירובי/אנאירובי (ABG).

איור 1: העיצוב של שתל הדיסק המלאכותי. (A) תצוגת חתך סכמטית של שתל הדיסק המלאכותי. (B) תמונות אמיתיות של שתל הדיסק המלאכותי. (C) עיצוב לוחית קצה טיטניום עם מידות מתאימות. (D) ייצוג סכמטי של ליבה פנימית ויסקו-אלסטית. מותאם מ-Jacobs et al. (2023)21 עם שינויים. אנא לחץ כאן לצפייה בגרסה גדולה יותר של איור זה.
שיטות הדמיה שונות שימשו לאורך המחקר כדי להבטיח תכנון, הדרכה והערכה מדויקים של מיקום השתל. הדמיה טרום ניתוחית הייתה קריטית להערכת מבנים אנטומיים ולאימות התאמה והתאמה של השתל. הדמיה תוך ניתוחית סייעה בביצוע כירורגי מדויק והדמיה לאחר הניתוח שימשה לאימות מיקום ויישור השתל. כל הליכי ההדמיה בוצעו בהתאם להנחיות המוסדיות ולתקנות בטיחות הקרינה.
הדמיה רדיוגרפית טרום ניתוחית בוצעה עם ציוד רנטגן דיגיטלי (עיין בטבלת החומרים) כדי לנתח מבנים אנטומיים ולקבוע את גודל חלל ה- IVD, הדרוש לתכנון טרום ניתוחי. צילומי רנטגן ורוחביים סטנדרטיים צולמו עם הגדרות מיקום וחשיפה מתאימות כדי לספק את איכות התמונה הטובה ביותר. במהלך הניתוח, נעשה שימוש במכשיר פלואורוסקופיה בזרוע C (עיין בטבלת החומרים) כדי להנחות את ההליך ולאשר מיקום נכון של השתל. סורק CT ברזולוציה גבוהה (עיין בטבלת החומרים) שימש להערכת מיקום השתל לאחר הניתוח והיישור האנטומי. לבחינה מפורטת, נרכשו תמונות ציריות בפרוסה דקה, המאפשרות שחזור רב-מישורי והדמיה תלת מימדית. כדי להבטיח הערכה מדויקת של התוצאות לאחר הניתוח, ניתוח התמונה בוצע באמצעות תוכנה מיוחדת (עיין בטבלת החומרים).
כדי לספק מדריך להשתלת דיסק מלאכותי, הפרוטוקול מתאר את הניהול הטרום ניתוחי, ההרדמה, ההליך הכירורגי והטיפול לאחר הניתוח.