Il presente protocollo descrive la macerazione e la pulizia dell'osso cadaverico con una tecnica di immersione in bagno di acqua calda sottovuoto. Questo è un metodo a basso costo, sicuro ed efficace per produrre campioni anatomici per la pianificazione chirurgica e l'educazione medica in alternativa ai modelli stampati tridimensionali (3D).
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Articolo metodologico
Immersione con bagno di acqua calda sottovuoto per la preparazione di modelli anatomici e chirurgici in osso cadaverico
In questo articolo
Sommario
Abstract
I modelli ossei servono a molti scopi, tra cui migliorare la comprensione anatomica, la pianificazione chirurgica preoperatoria e il riferimento intraoperatorio. Sono state descritte diverse tecniche per la macerazione dei tessuti molli, principalmente per l'analisi forense. Per la ricerca clinica e l'uso medico, questi metodi sono stati sostituiti da modelli stampati tridimensionali (3D), che richiedono attrezzature e competenze sostanziali e sono costosi. Qui, l'osso vertebrale cadaverico della pecora è stato pulito sigillando sottovuoto il campione con detersivo per piatti commerciale, immergendolo in un bagno di acqua calda e successivamente rimuovendo manualmente il tessuto molle. Ciò ha eliminato gli svantaggi dei metodi di macerazione precedentemente esistenti, come l'esistenza di cattivi odori, l'uso di sostanze chimiche pericolose, attrezzature sostanziali e costi elevati. La tecnica descritta ha prodotto campioni puliti e asciutti mantenendo dettagli anatomici e struttura per modellare accuratamente le strutture ossee che possono essere utili per la pianificazione preoperatoria e il riferimento intraoperatorio. Il metodo è semplice, a basso costo ed efficace per la preparazione del modello osseo per l'istruzione e la pianificazione chirurgica in medicina veterinaria e umana.
Introduzione
La rimozione dei tessuti molli e la pulizia delle ossa sono necessarie per la ricerca forense, medica e biologica e l'educazione veterinaria e medica. La maggior parte delle tecniche sono state sviluppate per scopi forensi, riducendo al minimo i danni alle ossa per preservare quanti più dettagli possibili. Questo può fornire un modello osseo accurato e tangibile per la pianificazione chirurgica preoperatoria, nonché il processo decisionale intraoperatorio per aiutare a ridurre al minimo le complicanze 1,2,3. Ciò è vantaggioso in chirurgia riducendo i tempi operativi e la perdita di sangue e migliorando la comunicazione tra i chirurghi, rispetto alla pianificazione con immagini 2D4. L'uso di questi modelli può anche ridurre la dipendenza dall'imaging intraoperatorio, come la fluoroscopia, che può ridurre l'esposizione alle radiazioni del personale.
L'osso scheletrico dei cadaveri è stato storicamente utilizzato per questi modelli; tuttavia, i progressi tecnologici hanno spinto verso l'uso di modelli fabbricati e, più recentemente, modelli tridimensionali (3D) stampati. I modelli ossei si basano sulla disponibilità di campioni cadaverici e sull'efficienza dell'elaborazione di questi campioni in modelli utilizzabili. La stampa 3D ha il vantaggio della libertà creativa, consentendo modelli anatomici e specifici del paziente, specialmente quando sono presenti anomalie anatomiche o neoplasie, o se l'hardware deve essere fabbricato o aumentato per adattarsi al paziente1. Questi campioni sono anche in grado di essere sterilizzati e manipolati dai chirurghi durante una procedura. Tuttavia, questa libertà ha un costo, in quanto richiede scansioni di tomografia computerizzata (TC), i materiali e le attrezzature richieste possono essere costosi e l'esperienza è essenziale per creare i modelli nel software richiesto 1,4. Inoltre, questi fattori possono limitare la precisione e la qualità del modello, e quindi la pianificazione chirurgica e il successo1. I modelli stampati in 3D potrebbero non essere la scelta migliore per i casi in cui non è necessaria l'anatomia specifica del paziente e dove vi è un requisito immediato per il modello.
I metodi comunemente applicati per la rimozione dei tessuti molli dall'osso cadaverico includono la pulizia manuale, la macerazione batterica, la macerazione chimica, la cottura e la macerazione degli insetti 5,6. Il successo di questi metodi si basa generalmente sul costo, il tempo, la manodopera, le attrezzature, la sicurezza e la qualità del prodotto finale 5,7. La pulizia manuale richiede la maggior parte del lavoro e una notevole quantità di tempo, ma comporta attrezzature minime5. La macerazione batterica consiste nel lasciare il campione in un bagno di acqua fredda o calda per lunghi periodi di tempo, spesso fino a 3 settimane, consentendo ai batteri di decomporre il tessuto6. Ciò crea odori sgradevoli, richiede attrezzature aggiuntive per trattare i batteri e crea un pericolo di biosicurezza per l'utente 5,6. L'uso di coleotteri dermestidi è molto efficace con un lavoro minimo, ma richiede l'acquisizione di una colonia e l'allevamento degli animali, e non è considerato un investimento economico se usato raramente 6,7. La macerazione chimica di solito comporta l'uso di enzimi come tripsina, pepsina e papaina o detergenti commerciali contenenti sostanze come tensioattivi ed enzimi 5,8. Sebbene questo metodo fornisca risultati più rapidi, le sostanze chimiche utilizzate, come idrossido di sodio, ammoniaca, candeggina e benzina, possono rappresentare un rischio per la salute e la sicurezza e produrre odori nocivi che richiedono dispositivi di protezione individuale (DPI) e una cappa aspirante 5,7,8,9. Infine, il riscaldamento prolungato fornisce un altro metodo minimamente intensivo, ma può produrre odori che richiedono ventilazione10.
Un metodo semplice, sicuro e a basso costo per la preparazione di modelli ossei anatomici fornirebbe uno strumento utile per chirurghi, studenti, educatori e ricercatori. Questo articolo descrive un nuovo metodo per preparare modelli ossei scheletrici che evita odori sgradevoli e sostanze chimiche nocive e produce un modello chirurgico dettagliato con attrezzature e manodopera minime.
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Protocollo
Le spine lombari sono state raccolte da pecore adulte incrociate Merino di 4 anni (Ovis aries) seguendo le linee guida etiche del Comitato etico e di cura degli animali dei laboratori di ricerca chirurgica e ortopedica. Seguendo il metodo istituzionalmente approvato di eutanasia umana, le spine lombari sono state raccolte utilizzando uno strumento di dissezione affilato, prima incidendo attraverso la pelle e i tessuti sottocutanei, seguito da fascia e muscolatura prima della disarticolazione alle giunzioni toracolombare e lombosacrale. Un campione raccolto è mostrato nella Figura 1A.
1. Preparazione per il bagno iniziale
- Rimuovere manualmente i tessuti molli (muscoli, tessuto connettivo, grasso, ecc.) utilizzando uno strumento di dissezione affilato (lama di bisturi numero 22) dal campione osseo prima di elaborare ulteriormente.
NOTA: questo passaggio è facoltativo; Tuttavia, la rimozione di quanto più tessuto molle possibile riduce il tempo necessario al bagno d'acqua per macerare i tessuti. Anche le dimensioni del campione (~20 cm x 10 cm x 8 cm) sono ridotte; Pertanto, più campioni possono essere inseriti nella vasca da bagno. - Sigillare il campione in un sacchetto di plastica sigillabile a prova di calore dopo aver rimosso l'aria. Si consiglia di utilizzare un sacchetto sottovuoto utilizzando un dispositivo di sigillatura sottovuoto commerciale (vedere la tabella dei materiali).
NOTA: Non sono necessari additivi per il bagno iniziale di 24 ore. Se c'è un muscolo significativo che copre tutte le superfici dell'osso e se c'è già un tessuto molle minimo e la maggior parte delle superfici ossee del campione sono esposte, procedere al punto 3.2 (Figura 1B).
2. Procedura per il bagno iniziale
- Immergere completamente il campione sigillato in bagnomaria a 70 °C per 24 ore.
- Dopo 24 ore, rimuovere il sacchetto dal bagno, aprire il sacchetto e lasciare raffreddare il campione fino a quando non è maneggevole.
3. Preparazione per i bagni successivi
- Rimuovere quanto più tessuto molle possibile dall'osso utilizzando un bisturi affilato e acqua corrente, se necessario.
- Disarticolare le articolazioni usando un bisturi affilato per esporre il tessuto cartilagineo.
- Mantenere i pezzi disarticolati in situ utilizzando materiale come filo ortopedico o fascette (vedi Tabella dei materiali) per mantenere la posizione anatomica.
- Sigillare il campione in un sacchetto sottovuoto insieme a 10 ml di detersivo per piatti (vedere Tabella dei materiali) e 10 ml di acqua di rubinetto.
NOTA: Il volume del detergente dipende dalla forza, dalla concentrazione e dalle dimensioni del campione.
4. Procedura per i bagni successivi
- Immergere completamente il campione sigillato in bagnomaria a 70 °C per 24 ore.
- Dopo 24 ore, rimuovere il sacchetto dal bagno, aprire il sacchetto e lasciare raffreddare il campione fino a quando non è maneggevole.
- Evitare di lasciare raffreddare completamente il campione, in quanto ciò consente alla cartilagine ammorbidita di indurirsi e aderire all'osso, diventando più difficile da rimuovere.
NOTA: Il tempo necessario per l'elaborazione del campione può variare in base alle dimensioni e al tipo e la rimozione ripetuta dei bagni successivi potrebbe non essere necessaria. Inoltre, il campione può rimanere nel bagno per lunghi periodi, il che può aiutare nella rimozione provvisoria dei tessuti.
- Evitare di lasciare raffreddare completamente il campione, in quanto ciò consente alla cartilagine ammorbidita di indurirsi e aderire all'osso, diventando più difficile da rimuovere.
- Rimuovere quanto più tessuto molle possibile utilizzando uno strumento di dissezione affilato (lama di bisturi numero 22 su un manico di bisturi dedicato) e acqua corrente.
- Ripetere il passaggio 4 come richiesto fino a quando l'osso è privo di materiale dei tessuti molli. Nella nostra esperienza, questo doveva essere ripetuto solo una volta.
5. Completamento della procedura
- Lavare il campione con detergente liquido e risciacquare abbondantemente con acqua.
NOTA: L'alcol può essere usato per accelerare l'essiccazione. - Lasciare asciugare il campione per circa 48 ore.
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Risultati
Seguendo questo protocollo, sono stati creati modelli di colonna vertebrale lombare di pecora puliti e asciutti per la pianificazione chirurgica e il riferimento. I campioni costituiti da sette vertebre lombari sono stati elaborati entro 4 giorni utilizzando questo metodo, con un bagno iniziale per rimuovere la maggior parte del muscolo e tre bagni successivi. Il completamento dei bagni è stato indicato dalla facilità con cui la cartilagine e il tessuto connettivo sono stati rimossi dall'osso. Questo variava in base al t...
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Discussione
Questa nota tecnica ha lo scopo di descrivere un metodo semplice, sicuro e a basso costo per produrre un modello osseo anatomico a beneficio della formazione veterinaria e medica e per l'uso nell'educazione anatomica e nella pianificazione chirurgica.
I test pilota hanno rilevato che una temperatura del bagno di 70 °C forniva il tempo di lavorazione più rapido senza causare danni ai campioni. Le temperature più elevate hanno causato un'ampia rottura del collagene all'interno dell'osso, con co...
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Dichiarazioni
Gli autori devono rivelare.
Materiali
| Nome | Azienda | Numero di catalogo | Commenti |
|---|---|---|---|
| Stampante 3D Dimension Elite | Stratasys, Eden Prairie, MN, Stati Uniti | Stampante 3D per la produzione di modelli ossei chirurgici basati su scansioni TC ricostruite | |
| Mimics Innovation Suite | Materialise NV, Lovanio, Belgio | Suite 24 | Software per creare modelli 3D da scansioni di imaging |
| Fascette in nylon | 4Cabling, Alexandria, NSW, Australia | 011.060.1042/011.060.1039 | Utilizzato per mantenere la connessione tra i corpi vertebrali |
| Filo ortopedico | B Braun, Bella Vista, NSW, Australia | Utilizzato per mantenere la connessione tra i corpi vertebrali | |
| Supporto Apparecchio per la pulizia Phoenix | Analysis and Design Technologies, Tempe, AZ, Stati Uniti | SCA-1200 | Bagno di acqua calda per l'immersione del campione sigillato. |
| Liquido per piatti originale ultra resistente | Colgate-Palmolive, New York, NY, Stati Uniti | Detersivo per piatti aggiunto al sacchetto sigillato con campione per la pulizia del modello in osso. | |
| Sacchetti sottovuoto | Pacfood PTY LTD | Sacchetti di plastica termosaldabili | |
| Sigillatrice sottovuoto per alimenti | Tempoo (Aust) PTY LTD | Sigillatrice sottovuoto per alimenti per sigillare sacchetti sottovuoto prima dell'immersione nel bagno |
Riferimenti
- Leary, O. P., et al. Three-dimensional printed anatomic modeling for surgical planning and real-time operative guidance in complex primary spinal column tumors: single-center experience and case series. World Neurosurgery. 145, 116-126 (2021).
- Tack, P., Victor, J., Gemmel, P., Annemans, L. 3D-printing techniques in a medical setting: a systematic literature review. BioMedical Engineering OnLine. 15 (1), 115(2016).
- Ventola, C. L. Medical applications for 3D printing: current and projected uses. Pharmacy and Therapeutics. 39 (10), 704-711 (2014).
- Wilcox, B., Mobbs, R. J., Wu, A. M., Phan, K. Systematic review of 3D printing in spinal surgery: the current state of play. Journal of Spinal Surgery. 3 (3), 433-443 (2017).
- Mairs, S., Swift, B., Rutty, G. N. Detergent: an alternative approach to traditional bone cleaning methods for forensic practice. The American Journal of Forensic Medicine and Pathology. 25 (4), 276-284 (2004).
- Husch, C., Berner, M., Goldammer, H., Lichtscheidl-Schultz, I. Technical note: A novel method for gentle and non-destructive removal of flesh from bones. Forensic Science International. 323, 110778(2021).
- Couse, T., Connor, M. A comparison of maceration techniques for use in forensic skeletal preparations. Journal of Forensic Investigation. 3, 1-6 (2015).
- Mahon, T. J., Maboke, N., Myburgh, J. The use of different detergents in skeletal preparations. Forensic Science International. 327, 110967(2021).
- Hussain, M., Hussain, N., Zainab, H., Qaiser, S. Skeletal preservation techniques to enhance veterinary anatomy teaching. IJAVMS. 1, 21-23 (2007).
- Simonsen, K. P., Rasmussen, A. R., Mathisen, P., Petersen, H., Borup, F. A fast preparation of skeletal materials using enzyme maceration. Journal of Forensic Science. 56 (2), 480-484 (2011).
- Burkhard, M., Furnstahl, P., Farshad, M. Three-dimensionally printed vertebrae with different bone densities for surgical training. European Spine Journal. 28 (4), 798-806 (2019).
- Rose, A. S., et al. Multi-material 3D models for temporal bone surgical simulation. The Annals of Otology, Rhinology, and Laryngology. 124 (7), 528-536 (2015).
- Werz, S. M., Zeichner, S. J., Berg, B. I., Zeilhofer, H. F., Thieringer, F. 3D printed surgical simulation models as educational tool by maxillofacial surgeons. European Journal of Dental Education. 22 (3), 500-505 (2018).
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Ristampe e permessi
