Summary
Le présent protocole décrit la macération et le nettoyage de l’os cadavérique à l’aide d’une technique d’immersion au bain d’eau chaude scellée sous vide. Il s’agit d’une méthode peu coûteuse, sûre et efficace pour produire des échantillons anatomiques pour la planification chirurgicale et l’éducation médicale comme alternative aux modèles imprimés en trois dimensions (3D).
Abstract
Les modèles osseux servent à de nombreuses fins, notamment l’amélioration de la compréhension anatomique, la planification chirurgicale préopératoire et le référencement peropératoire. Plusieurs techniques de macération des tissus mous ont été décrites, principalement pour l’analyse médico-légale. Pour la recherche clinique et l’utilisation médicale, ces méthodes ont été remplacées par des modèles imprimés en trois dimensions (3D), qui nécessitent un équipement et une expertise considérables et sont coûteux. Ici, l’os vertébral cadavérique de mouton a été nettoyé en scellant sous vide le spécimen avec un détergent à vaisselle commercial, en l’immergeant dans un bain d’eau chaude, puis en enlevant manuellement les tissus mous. Cela a éliminé les inconvénients des méthodes de macération existantes, telles que l’existence d’odeurs nauséabondes, l’utilisation de produits chimiques dangereux, un équipement important et des coûts élevés. La technique décrite a produit des échantillons propres et secs tout en conservant les détails anatomiques et la structure pour modéliser avec précision les structures osseuses qui peuvent être utiles pour la planification préopératoire et le référencement peropératoire. La méthode est simple, peu coûteuse et efficace pour la préparation de modèles osseux pour l’éducation et la planification chirurgicale en médecine vétérinaire et humaine.
Introduction
L’ablation des tissus mous et le nettoyage des os sont nécessaires pour la médecine légale, la recherche médicale et biologique, et l’éducation vétérinaire et médicale. La plupart des techniques ont été développées à des fins médico-légales, minimisant les dommages à l’os pour préserver autant de détails que possible. Cela peut fournir un modèle osseux précis et tangible pour la planification chirurgicale préopératoire, ainsi que la prise de décision peropératoire pour aider à minimiser les complications 1,2,3. Ceci est bénéfique en chirurgie en réduisant les temps d’opération et les pertes de sang et en améliorant la communication entre les chirurgiens, par rapport à la planification avec des images 2D4. L’utilisation de ces modèles peut également réduire la dépendance à l’imagerie peropératoire, comme la fluoroscopie, ce qui peut réduire l’exposition du personnel aux rayonnements.
L’os squelettique des cadavres a toujours été utilisé pour ces modèles; cependant, les progrès technologiques ont poussé vers l’utilisation de modèles fabriqués et, plus récemment, de modèles imprimés en trois dimensions (3D). Les modèles osseux reposent sur la disponibilité d’échantillons cadavériques et l’efficacité du traitement de ces échantillons en modèles utilisables. L’impression 3D a l’avantage d’une liberté créative, permettant des modèles anatomiques et spécifiques au patient, en particulier lorsque des anomalies anatomiques ou des néoplasmes sont présents, ou si le matériel doit être fabriqué ou augmenté pour s’adapter au patient1. Ces échantillons peuvent également être stérilisés et manipulés par des chirurgiens au cours d’une procédure. Cependant, cette liberté a un coût, car elle nécessite une tomodensitométrie (TDM), le matériel et l’équipement requis peuvent être coûteux et l’expertise est essentielle pour créer les modèles dans le logiciel requis 1,4. De plus, ces facteurs peuvent limiter la précision et la qualité du modèle, et donc la planification et le succès chirurgicaux1. Les modèles imprimés en 3D peuvent ne pas être le meilleur choix pour les cas où il n’y a pas besoin d’anatomie spécifique au patient et où il y a un besoin immédiat pour le modèle.
Les méthodes couramment appliquées pour enlever les tissus mous de l’os cadavérique comprennent le nettoyage manuel, la macération bactérienne, la macération chimique, la cuisson et la macération d’insectes 5,6. Le succès de ces méthodes repose généralement sur le coût, le temps, la main-d’œuvre, l’équipement, la sécurité et la qualité du produit final 5,7. Le nettoyage manuel nécessite le plus de main-d’œuvre et beaucoup de temps, mais nécessite un équipement minimal5. La macération bactérienne consiste à laisser l’échantillon dans un bain d’eau froide ou tiède pendant de longues périodes, souvent jusqu’à 3 semaines, permettant aux bactéries de décomposer le tissu6. Cela crée des odeurs désagréables, nécessite un équipement supplémentaire pour traiter les bactéries et crée un risque de biosécurité pour l’utilisateur 5,6. L’utilisation de dermestes coléoptères est très efficace avec un minimum de main-d’œuvre, mais nécessite l’acquisition d’une colonie et l’élevage des animaux, et n’est pas considérée comme un investissement économique si elle est utilisée rarement 6,7. La macération chimique implique généralement l’utilisation d’enzymes telles que la trypsine, la pepsine et la papaïne, ou de détergents commerciaux contenant des substances telles que des tensioactifs et des enzymes 5,8. Bien que cette méthode donne des résultats plus rapides, les produits chimiques utilisés, tels que l’hydroxyde de sodium, l’ammoniac, l’eau de Javel et l’essence, peuvent représenter un risque pour la santé et la sécurité et produire des odeurs nocives qui nécessitent un équipement de protection individuelle (EPI) et une hotte 5,7,8,9. Enfin, le chauffage prolongé fournit une autre méthode peu intensive, mais peut produire des odeurs nécessitant une ventilation10.
Une méthode simple, sûre et peu coûteuse pour la préparation de modèles anatomiques osseux fournirait un outil utile pour les chirurgiens, les étudiants, les éducateurs et les chercheurs. Cet article décrit une nouvelle méthode de préparation de modèles osseux squelettiques qui évite les odeurs désagréables et les produits chimiques nocifs, et produit un modèle chirurgical détaillé avec un minimum d’équipement et de main-d’œuvre.
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Protocol
Les épines lombaires ont été récoltées sur des brebis adultes croisées mérinos (Ovis aries) âgées de 4 ans en suivant les directives éthiques du Comité de protection et d’éthique des animaux des Laboratoires de recherche chirurgicale et orthopédique. Conformément à la méthode d’euthanasie sans cruauté approuvée par l’institution, les épines lombaires ont été récoltées à l’aide d’un outil de dissection tranchante, d’abord incisées à travers la peau et les tissus sous-cutanés, suivies d’un fascia et d’une musculature avant la désarticulation aux jonctions thoraco-lombaire et lombo-sacrée. Un échantillon récolté est illustré à la figure 1A.
1. Préparation du bain initial
- Retirez manuellement les tissus mous (muscle, tissu conjonctif, graisse, etc.) à l’aide d’un outil de dissection tranchant (lame de scalpel numéro 22) de l’échantillon d’os avant de poursuivre le traitement.
Remarque : Cette étape est facultative ; Cependant, enlever autant de tissus mous que possible réduit le temps nécessaire au bain-marie pour faire macérer les tissus. La taille de l’échantillon (~20 cm x 10 cm x 8 cm) est également réduite; Par conséquent, plus d’échantillons peuvent être installés dans le bain. - Scellez l’échantillon dans un sac en plastique thermoscellable après avoir retiré l’air. Il est recommandé d’utiliser un sac sous vide à l’aide d’un dispositif commercial de scellement sous vide (voir le tableau des matériaux).
REMARQUE: Aucun additif n’est requis pour le bain initial de 24 heures. S’il y a un muscle important couvrant toutes les surfaces de l’os et s’il y a déjà un minimum de tissus mous et que la plupart des surfaces osseuses de l’échantillon sont exposées, passez à l’étape 3.2 (Figure 1B).
2. Procédure pour le bain initial
- Immerger complètement l’échantillon scellé dans un bain-marie à 70 °C pendant 24 h.
- Après 24 heures, retirez le sac du bain, ouvrez-le et laissez refroidir l’échantillon jusqu’à ce qu’il soit manipulable.
3. Préparation pour les bains suivants
- Enlevez autant de tissus mous de l’os que possible à l’aide d’un scalpel pointu et de l’eau courante au besoin.
- Désarticulez toutes les articulations à l’aide d’un scalpel pointu pour exposer le tissu cartilagineux.
- Conservez les pièces désarticulées in situ à l’aide de matériaux tels que du fil orthopédique ou des attaches de câble (voir le tableau des matériaux) pour maintenir la position anatomique.
- Scellez l’échantillon dans un sac sous vide avec 10 ml de détergent à vaisselle (voir le tableau des matières) et 10 ml d’eau du robinet.
REMARQUE: Le volume de détergent dépend de la force, de la concentration et de la taille de l’échantillon.
4. Procédure pour les bains ultérieurs
- Immerger complètement l’échantillon scellé dans un bain-marie à 70 °C pendant 24 h.
- Après 24 heures, retirez le sac du bain, ouvrez-le et laissez refroidir l’échantillon jusqu’à ce qu’il soit manipulable.
- Évitez de laisser l’échantillon refroidir complètement, car cela permet au cartilage ramolli de durcir et d’adhérer à l’os, devenant plus difficile à enlever.
REMARQUE : Le temps requis pour le traitement des échantillons peut varier en fonction de la taille et du type, et le retrait répété des bains subséquents peut être inutile. De plus, l’échantillon peut rester dans le bain pendant de longues périodes, ce qui peut aider à l’élimination provisoire des tissus.
- Évitez de laisser l’échantillon refroidir complètement, car cela permet au cartilage ramolli de durcir et d’adhérer à l’os, devenant plus difficile à enlever.
- Enlevez autant de tissus mous que possible à l’aide d’un outil de dissection tranchant (lame de scalpel numéro 22 sur un manche de scalpel dédié) et de l’eau courante.
- Répétez l’étape 4 au besoin jusqu’à ce que l’os soit exempt de tissu mou. D’après notre expérience, cela ne devait être répété qu’une seule fois.
5. Achèvement de la procédure
- Lavez l’échantillon avec un détergent liquide et rincez abondamment à l’eau.
NOTE: L’alcool peut être utilisé pour accélérer le séchage. - Laisser sécher l’échantillon pendant environ 48 h.
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Representative Results
Suivant ce protocole, des modèles de colonnes vertébrales lombaires de moutons propres et secs ont été créés pour la planification et la référence chirurgicales. Des échantillons composés de sept vertèbres lombaires ont été traités dans les 4 jours en utilisant cette méthode, avec un bain initial pour enlever la majeure partie du muscle et trois bains ultérieurs. L’achèvement des bains a été indiqué par la facilité avec laquelle le cartilage et le tissu conjonctif ont été retirés de l’os. Cela variait en fonction du type et de l’emplacement du cartilage; Les couches minces étaient facilement enlevées après un ou deux bains, mais un matériau épais entouré d’autres tissus, tels que des disques intervertébraux, prenait trois ou quatre bains. Après séchage pendant 48 heures, les os devaient être beaucoup plus légers en couleur et en poids et être secs et non gras. Les modèles osseux produits fournissent une représentation précise de l’anatomie, préservant les structures osseuses fines et les contours de l’os, en particulier les facettes articulaires, la plaque vertébrale et les processus transversaux, par rapport aux modèles imprimés en 3D. À titre de comparaison, une épine lombaire ovine a été scindée par tomodensitométrie à une épaisseur de tranche de 0,5 mm, importée dans un logiciel de modélisation 3D (voir Tableau des matériaux) et segmentée pour produire un modèle d’une vertèbre individuelle. Celui-ci a ensuite été imprimé à l’aide d’un filament d’acrylonitrile butadiène styrène (ABS) dans une imprimante 3D. La figure 2 présente le modèle imprimé en 3D d’une colonne lombaire de mouton par rapport au modèle anatomique cadavérique produit à partir des immersions de bain d’eau chaude scellées sous vide. Les images comparatives montrent que le modèle imprimé en 3D ne détaille pas avec précision les détails osseux fins des spécimens cadavériques, avec une perte de détails plus fins tels que les contours de l’os, en particulier sur les processus transversaux.
Figure 1 : Échantillons de la colonne lombaire des moutons à différents stades de la transformation. (A) L’épine lombaire fraîchement récoltée nécessite une préparation et un bain initial (étapes 1-2), tandis que (B) l’échantillon avec un minimum de tissus mous peut passer aux bains suivants (étape 3.2). Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.
Figure 2 : Comparaison qualitative entre les modèles osseux imprimés en 3D et cadavériques. Une comparaison de (A, B) un modèle imprimé en 3D et (C, D) d’un modèle osseux cadavérique démontre une perte de détails à des points plus fins, tels que les extrémités des processus transversaux et les détails des facettes dans le modèle imprimé en 3D par rapport à l’os. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.
Figure 3 : Épines lombaires de moutons traitées par immersion au bain d’eau chaude. Modèles de dos lombaire de moutons transformés à la même étape du traitement; cependant, l’échantillon de gauche (A) a été traité avec du détergent, et l’échantillon de droite (B) était sans. La différence de couleur et de texture doit être notée. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.
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Discussion
Cette note technique vise à décrire une méthode simple, sûre et peu coûteuse pour produire un modèle anatomique osseux au profit de l’éducation vétérinaire et médicale et pour une utilisation dans l’éducation anatomique et la planification chirurgicale.
Les essais pilotes ont révélé qu’une température de bain de 70 °C offrait le temps de traitement le plus rapide sans endommager les échantillons. Des températures plus élevées ont provoqué une dégradation importante du collagène dans l’os, ce qui a entraîné des échantillons fragiles avec une texture crayeuse. Le bain chaud dans cette expérience était spécifiquement destiné au traitement d’échantillons imprimés en 3D et a été utilisé en raison de sa commodité; Cependant, d’autres options commerciales moins coûteuses, telles que les mijoteuses ou les appareils sous vide, peuvent être plus accessibles.
L’ajout de détergent était une étape critique du protocole. Par rapport aux échantillons sans détergent, l’ajout de détergent a réduit le temps de traitement de 168 h à 96 h. Les échantillons sans détergent n’ont pas séché complètement et semblaient sensiblement plus foncés avec une sensation grasse, probablement due à l’accumulation de lipides dans la surface osseuse. Les échantillons remplis qui semblent foncés ou gras pourraient indiquer un besoin de détergent supplémentaire (figure 3). Au cours des essais pilotes, le détergent seul n’a pas réussi à se disperser uniformément dans les échantillons une fois scellé, ce qui a nécessité l’utilisation d’eau en plus. Lorsque de l’eau et du détergent ont été ajoutés aux sacs avant le scellement, il était parfois difficile de créer un joint sous vide fiable, ce qui peut être évité en congelant les liquides au préalable. Le détergent utilisé dans ce protocole, un détergent à vaisselle général, a été choisi en fonction de son coût et de sa disponibilité. Cette méthode peut être réalisée en utilisant n’importe quel détergent à vaisselle pour obtenir des résultats similaires. D’autres nettoyants ménagers polyvalents contenant du 2-butoxyéthanol peuvent aider à dégraisser et à dégrader plus efficacement les tissus mous et, par conséquent, peuvent être bénéfiques pour les échantillons contenant un cartilage excessif ou dur, tels que les disques intervertébraux7. Les détergents enzymatiques qui digèrent activement les tissus mous pourraient être utilisés pour réduire le temps de macération par rapport aux détergents de nettoyage ordinaires, mais les effets peuvent être imprévisibles, en particulier si l’utilisateur n’est pas familier avec leur utilisation 6,10. Bien que la macération enzymatique présente un risque plus élevé pour la santé, elle a le potentiel de réduire le temps de traitement de quelques jours à quelques heures 5,6. Cette méthode bénéficie également de manière significative de l’agitation pour favoriser une réaction enzymatique avec les tissus mous, qui peut être entravée par un manque d’écoulement dans le sac scellé sous vide.
La désarticulation des vertèbres était particulièrement plus facile lorsque du détergent était ajouté; De plus, après les bains de détergent subséquents, les disques intervertébraux étaient plus mous et plus faciles à enlever, probablement en raison d’une plus grande surface de pénétration du détergent une fois désarticulés. Par conséquent, les échantillons ont été complétés dans un temps plus court lorsqu’ils ont été désarticulés au préalable. De même, si les échantillons initiaux contenaient des zones épaisses de cartilage, un retrait manuel peut être nécessaire entre les bains pour favoriser la pénétration du détergent. De plus, il a été démontré que l’agitation d’un bain de macération typique réduit considérablement le temps requis, mais cela n’est pas possible avec des échantillons ensachés10. Ajouter du détergent avec de petites quantités d’eau dans le sac et désarticuler les joints le plus tôt possible peut réduire l’impact de ces limitations.
Une autre étape critique consistait à éviter de laisser les échantillons refroidir à température ambiante après avoir été retirés du bain chaud, car la chaleur résiduelle permettait d’éliminer plus facilement le cartilage ramolli des échantillons. Lorsqu’on le laisse refroidir, ce cartilage forme un revêtement gélatineux dur sur l’os qui est difficile à enlever sans réchauffer l’échantillon. Pour la même raison, si de l’eau courante est utilisée pour faciliter l’élimination des tissus mous, il est recommandé d’utiliser de l’eau tiède.
Contrairement aux modèles imprimés en 3D, cette méthode produit des échantillons osseux pour reproduire des sujets réels pour la planification chirurgicale. L’utilisation de détergents doux dans cette méthode peut éviter des changements dans l’intégrité de la surface osseuse, comme on le voit lors de l’utilisation de produits alternatifs tels que l’eau de Javel et le peroxyde d’hydrogène6. Avec d’autres développements dans l’impression 3D pour la recherche médicale, les modèles peuvent être imprimés avec des paramètres personnalisés tels que l’épaisseur corticale, qui se sont avérés fournir une simulation haptique positive du placement de vis pédiculaires en chirurgie de la colonne vertébrale11. Cependant, ces échantillons peuvent être coûteux à produire et nécessitent des logiciels et des équipements spécifiques, ainsi qu’une planification et un traitement méticuleux11,12. De plus, la qualité des modèles imprimés en 3D est limitée par l’équipement et peut risquer de perdre des détails plus fins qui sont conservés dans l’échantillon osseux13. Les modèles spécifiques au patient et imprimés en 3D ont plusieurs applications pratiques, tandis que les modèles anatomiques provenant d’os peuvent fournir des détails anatomiques inégalés avec un coût et un équipement minimes.
Les limites de cette méthode comprennent la disponibilité de spécimens cadavériques spécifiques à leur application. La méthode décrite élimine complètement les tissus mous de l’os, créant des modèles qui ne peuvent être utilisés que pour la planification chirurgicale liée à l’os, et n’est pas aussi pratique pour visualiser l’articulation, la biomécanique ou les structures environnantes. En raison de cette perte d’articulation, la reconstruction des modèles peut être nécessaire. La méthode de reconstruction varie selon le type d’os et peut inclure du silicone, du fil, des attaches de câble ou de la colle. Tout en approximant les emplacements relatifs des os, ces techniques ne peuvent pas reproduire la mécanique in vivo et réduire la traduction à la pratique chirurgicale. D’autres limitations comprennent le temps nécessaire pour enlever l’excès de tissus mous de grands échantillons ainsi que le cartilage et d’autres tissus mous, le cas échéant, en fonction de la région anatomique du spécimen.
La capacité de produire des modèles osseux simples peut avoir un impact significatif sur le succès chirurgical. Les modèles de planification chirurgicale ont des avantages prouvés, notamment une réduction du temps chirurgical, une mise en place plus précise des vis et des implants et moins de complications telles que la perte de sang4. Ceci est particulièrement utile dans le cas de la chirurgie vétérinaire, où l’anatomie varie considérablement selon les espèces. Ce protocole simple a le potentiel de produire des modèles osseux propres à partir de cadavres sans produits chimiques dangereux et odeurs constantes et nécessite un minimum d’équipement et de main-d’œuvre, en particulier par rapport aux techniques d’impression 3D modernes.
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Disclosures
Les auteurs doivent divulguer.
Acknowledgments
Aucun.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Dimension Elite 3D printer | Stratasys, Eden Prairie, MN, United States | 3D printer for production of surgical bone models based on reconstructed CT scans | |
| Mimics Innovation Suite | Materialise NV, Leuven, Belgium | Suite 24 | Software to create 3D models from imaging scans |
| Nylon cable ties | 4Cabling, Alexandria, NSW, Australia | 011.060.1042/011.060.1039 | Used to maintain connection between vertebral bodies |
| Orthopaedic wire | B Braun, Bella Vista, NSW, Australia | Used to maintain connection between vertebral bodies | |
| Support Cleaning Apparatus | Phoenix Analysis and Design Technologies, Tempe, AZ, United States | SCA-1200 | Hot water bath for immersion of the sealed sample. |
| Ultra Strength Original Dishwashing Liquid | Colgate-Palmolive, New York, NY, United States | Dishwashing liquid added to sealed bag with sample for cleaning of the bone model. | |
| Vacuum bags | Pacfood PTY LTD | Heat safe, sealable plastic bags | |
| Vacuum Food sealer | Tempoo (Aust) PTY LTD | Vacuum food sealer to seal vacuum bags prior to bath immersion |
References
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