Articolo metodologico

Tecnica chirurgica per l'impianto di un disco intervertebrale artificiale biomimetico in un modello animale di capra

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DOI:

10.3791/68623

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10 ottobre 2025

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1Department of Clinical Sciences, Faculty of Veterinary Medicine, Utrecht University, 2Research and Academic Service, Faculty of Veterinary Medicine, Kasetsart University, 3Orthopedic Biomechanics, Department of Biomedical Engineering, Eindhoven University of Technology, 4Department of Orthopedics, University Medical Center Utrecht, 53D Lab, Division of Surgical Specialties, Utrecht Medical Center Utrecht

In questo articolo

Sommario

Questo studio presenta una nuova tecnica chirurgica per l'impianto di un disco intervertebrale artificiale biomimetico (BioAID). Il metodo garantisce un posizionamento preciso e stabilità, con l'obiettivo di ripristinare la funzione del rachide cervicale utilizzando un modello di capra. Questa tecnica si mostra promettente per l'applicazione clinica sia in pazienti umani che canini affetti da mielopatia del rachide cervicale.

Abstract

L'artroplastica del disco cervicale (CDA) è emersa come soluzione chirurgica per i pazienti con mielopatia cervicale compressiva degenerativa, ma deve affrontare limitazioni, in particolare nel raggiungimento di un'integrazione stabile. Una delle sfide principali con gli attuali dischi artificiali è il rischio di migrazione e dislocazione a causa dell'insufficiente osteointegrazione con le vertebre adiacenti. Mentre il CDA è un trattamento consolidato nella medicina umana, i cani con mielopatia cervicale vengono trattati di routine con interventi chirurgici decompressivi. In medicina veterinaria c'è particolare interesse per le terapie innovative, come l'artroplastica del disco. Recentemente, è stato sviluppato un nuovo disco intervertebrale artificiale biomimetico (BioAID). Questo disco artificiale replica le caratteristiche chiave del disco naturale, incorporando un nucleo viscoelastico e un rivestimento in fibra di trazione che imitano rispettivamente il nucleo polposo e l'anulus fibrosus. Le piastre terminali in titanio con chiglie assicurano il fissaggio e il rivestimento in fibra facilita l'osteointegrazione con le vertebre adiacenti per ridurre al minimo il rischio di migrazione nel tempo. Poiché le capre sono un modello animale comunemente usato e prontamente disponibile per la ricerca sulla colonna vertebrale, questo studio presenta una guida pratica completa (che include la progettazione e la fabbricazione dell'impianto, la selezione e l'arruolamento di animali da esperimento, la gestione preoperatoria, i protocolli di anestesia e l'assistenza postoperatoria) per l'impianto del dispositivo del disco artificiale nel rachide cervicale della capra. Viene fornita una metodologia chirurgica dettagliata e passo dopo passo, insieme alla progettazione di strumenti chirurgici personalizzati e all'uso delle tecniche di imaging necessarie sia intra che post-operatorie. Questo approccio colma il divario tra la ricerca sperimentale e l'applicazione clinica. La procedura chirurgica è stata eseguita con successo in quattro capre, con un monitoraggio post-impianto di oltre 21 giorni che ha confermato l'assenza di migrazione o complicanze. Questi risultati suggeriscono che la tecnica di impianto garantisce la stabilità primaria, supportando la sua fattibilità per un'ulteriore valutazione. Sono necessari studi futuri per valutare l'osteointegrazione a lungo termine e le prestazioni biomeccaniche prima di tradurre questo approccio in applicazioni cliniche sia nell'uomo che nel cane.

Introduzione

In tutto il mondo, il dolore al collo è la quarta causa più comune di disabilità, colpendo oltre il 30% degli individui ogni anno1. Sebbene comunemente collegato all'invecchiamento e ai cambiamenti degenerativi, il dolore al collo può verificarsi anche negli individui più giovani e nei cani a causa di fattori genetici, abitudini di vita e stress biomeccanico. Mentre il dolore al collo può derivare da vari fattori, la malattia del disco intervertebrale (IVD) è tra le cause più significative, in particolare a causa del suo ruolo nella compressione delle strutture neurali.

Nel rachide cervicale, la malattia IVD porta alla mielopatia cervicale compressiva (CCM), una malattia spinale ben nota che colpisce sia l'uomo che i cani 2,3. Nell'uomo, la CCM si manifesta con dolore al collo, intorpidimento e disfunzione motoria2. Allo stesso modo, le razze di cani di grossa taglia come gli alani e i dobermann pinscher sono suscettibili alla spondilomiopatia cervicale (CSM), comunemente nota come sindrome di Wobbler. Il CSM comporta la compressione del midollo spinale a causa di sporgenze del disco, alterazioni ossee vertebrali, instabilità vertebrale e alterazioni degenerative dei legamenti e delle faccette articolari. Insieme, questi fattori causano la compressione del midollo spinale e della radice nervosa, portando a segni clinici come un'andatura scoordinata, specialmente negli arti posteriori, insieme a debolezza che può progredire agli arti anteriori. I cani possono mostrare dolore al collo, rigidità e riluttanza ad abbassare la testa, spesso mostrando disagio alla palpazione 4,5. La forma più comunemente diagnosticata di sindrome di Wobbler nei cani è il CSM associato al disco che colpisce principalmentei segmenti spinali 6 C4-C5, C5-C6 e C6-C7.

In generale, i pazienti umani e canini affetti da CCM e CSM correlati al disco, rispettivamente, rispondono bene al trattamento medico conservativo, alle modifiche dello stile di vita e alla fisioterapia. I pazienti umani e veterinari con forme avanzate e degenerative di malattia IVD in cui la compressione significativa delle strutture neurali non risponde più alle strategie conservative vengono trattati chirurgicamente 7,8. Le tecniche chirurgiche convenzionali per la mielopatia cervicale, come le procedure decompressive e di stabilizzazione della distrazione (fusione spinale) sono comunemente impiegate per alleviare la compressione neurale e ripristinare la stabilità spinale 9,10. Sebbene questi trattamenti chirurgici possano alleviare efficacemente il dolore, non riescono a ripristinare la funzione dell'unità spinale e spesso provocano una degenerazione accelerata o la completa immobilizzazione del segmento spinale interessato. Inoltre, la fusione spinale è stata associata allo sviluppo della malattia del segmento adiacente (ASD), poiché l'immobilizzazione dei segmenti fusi può portare a un aumento dello stress meccanico e a una degenerazione accelerata ai livelli adiacenti. Tuttavia, questa associazione rimane oggetto di dibattito in corso in letteratura 9,11.

Negli ultimi due decenni, la sostituzione del disco intervertebrale (IVD), nota come artroplastica del disco cervicale (CDA), utilizzando una protesi discale artificiale, è stata utilizzata per preservare la mobilità del segmento ed è diventata un'opzione consolidata nella pratica clinica umana a seguito delle approvazioni della FDA nei primi anni 200012. Nella fase preclinica, l'artroplastica del disco è stata ampiamente studiata utilizzando modelli animali sperimentali come capre, pecore e cani 13,14,15. Ad oggi, l'applicazione veterinaria del CDA nei cani è rara e mancano studi di follow-up a lungo termine. Mentre alcuni studi hanno riportato lo sviluppo di dischi artificiali per mantenere la mobilità del segmento nei cani16,17, recenti prove di Falzone et al. (2022) evidenziano importanti limitazioni. I loro risultati hanno dimostrato una maggiore incidenza e gravità della subsidenza nei cani trattati con dischi artificiali (disco di Adamo) rispetto ai cani sottoposti a fissazione per distrazione. Anche il deterioramento clinico e la necessità di un intervento chirurgico di revisione erano più comuni negli animali trattati con dischi artificiali Adamo, sollevando preoccupazioni sulle sue prestazioni biomeccaniche a lungo termine18.

Sebbene il CDA sia stato approvato per l'uso nell'uomo e siano ora disponibili varie generazioni di dischi artificiali, diverse limitazioni rendono questa tecnica impegnativa, in particolare per i pazienti più giovani che richiedono una stabilità dell'impianto a lungo termine19. Le questioni più critiche includono la migrazione, lo spostamento e la subsidenza del disco artificiale20. Di conseguenza, è stato sviluppato un nuovo disco artificiale (BioAID) sulla base della premessa che imitare la struttura naturale e la biomeccanica dell'IVD può aiutare a preservare i modelli di carico fisiologico e ridurre il rischio di interruzione del segmento spinale adiacente.

In questo IVD artificiale biomimetico (BioAID), il nucleo polposo (NP) dell'IVD naturale è simulato da un nucleo interno viscoelastico, l'anulus fibroso (AF) è rappresentato da un rivestimento in fibra di polietilene ad altissimo peso molecolare (UHMWPE) resistente alla tensione e la connessione tra l'IVD e le vertebre adiacenti è replicata da piastre terminali in titanio con chiglie che garantiscono stabilità, ancoraggio e resistenza alla migrazione. Per valutarne la funzionalità, l'impianto si basa sull'accesso all'aspetto ventrale del collo, sulla rimozione dell'IVD e sull'uso di strumenti chirurgici specializzati specificamente progettati per l'impianto di dischi artificiali. Un approccio chirurgico progettato su misura, insieme a questi strumenti chirurgici specializzati, è necessario a causa delle caratteristiche strutturali e funzionali uniche del disco artificiale, che lo distinguono dai sistemi CDA convenzionali. Con l'obiettivo di tradurre la tecnica per l'uso clinico sia in pazienti umani che veterinari, il presente lavoro fornisce un manuale dettagliato per l'impianto di dischi artificiali, delineando la pianificazione e il metodo chirurgico a livello di IVD C4-C5 in un modello di capra - un animale frequentemente utilizzato nella ricerca spinale per la sua rilevanza anatomica e accessibilità.

L'IVD artificiale biomimetico è progettato per imitare la struttura e la funzione del disco naturale (Figura 1A, B). Il design originale di questo impianto (fare riferimento alla TABELLA DEI MATERIALI) era composto da un idrogel gelatinoso che simula il nucleo polposo, una membrana in polietilene ad altissimo peso molecolare (UHMWPE) che abbracciava il nucleo in idrogel, un rivestimento in fibra UHMWPE ad alta resistenza rivestito di idrossiapatite che rappresenta l'AF e piastre terminali in titanio stampate in 3D con chiglie (Figura 1C) che fissano il disco alle vertebre adiacenti. La valutazione biomeccanica del design originale di questo nuovo disco artificiale ha dimostrato che può imitare il comportamento cinematico del disco intervertebrale21 sostituito. Nella versione più recente di questo impianto, il nucleo interno in idrogel è stato sostituito da un materiale viscoelastico (policarbonato poliuretanico (PCU) (Figura 1D). L'impianto del disco artificiale è stato prima sottoposto a trattamento di incisione al plasma e quindi a sterilizzazione con il metodo di sterilizzazione con gas di ossido di etilene (EO) (fare riferimento alla TABELLA DEI MATERIALI) e testato per la sterilità utilizzando l'analisi di crescita batterica aerobica/anaerobica (ABG).

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Figura 1: Il design dell'impianto del disco artificiale. (A) Vista schematica in sezione trasversale dell'impianto del disco artificiale. (B) Immagini reali dell'impianto del disco artificiale. (C) Design della piastra terminale in titanio con misure corrispondenti. (D) Rappresentazione schematica del nucleo interno viscoelastico. Adattato da Jacobs et al. (2023)21 con modifiche. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

Durante lo studio sono state utilizzate varie modalità di imaging per garantire una pianificazione, una guida e una valutazione precise del posizionamento dell'impianto. L'imaging preoperatorio è stato fondamentale per valutare le strutture anatomiche e verificare l'idoneità e l'adattamento dell'impianto. L'imaging intraoperatorio ha aiutato l'esecuzione chirurgica precisa e l'imaging postoperatorio è stato utilizzato per verificare il posizionamento e l'allineamento dell'impianto. Tutte le procedure di imaging sono state eseguite in conformità con le linee guida istituzionali e le normative sulla sicurezza delle radiazioni.

L'imaging radiografico preoperatorio è stato effettuato con apparecchiature a raggi X digitali (fare riferimento alla TABELLA DEI MATERIALI) per analizzare le strutture anatomiche e determinare le dimensioni dello spazio IVD, necessario per la pianificazione preoperatoria. Le radiografie standard ventrodorsale e laterale sono state eseguite con impostazioni di posizionamento ed esposizione corrette per fornire la migliore qualità dell'immagine. Durante l'intervento chirurgico, è stato utilizzato un dispositivo per fluoroscopia con arco a C (fare riferimento alla TABELLA DEI MATERIALI) per guidare la procedura e confermare il corretto posizionamento dell'impianto. È stato utilizzato uno scanner TC ad alta risoluzione (fare riferimento alla TABELLA DEI MATERIALI) per valutare il posizionamento dell'impianto postoperatorio e l'allineamento anatomico. Per un esame dettagliato, sono state acquisite immagini assiali a fette sottili, che consentono la ricostruzione multiplanari e la visualizzazione tridimensionale. Per garantire una valutazione accurata degli esiti postoperatori, l'analisi delle immagini è stata eseguita utilizzando software specializzati (fare riferimento alla TABELLA DEI MATERIALI).

Per fornire un manuale per l'impianto del disco artificiale, il protocollo descrive la gestione preoperatoria, l'anestesia, la procedura chirurgica e l'assistenza postoperatoria.

Protocollo

Il progetto è stato approvato dall'Autorità centrale nazionale per le procedure scientifiche sugli animali (numero CCD: AVD10800202114750-1) con le procedure animali dettagliate in un protocollo di lavoro approvato dall'Ente locale per il benessere (14750-1-02), e due cadaveri di capre da latte olandesi provenienti da uno studio non correlato (CCD: AVD11500202216382) sono stati utilizzati per testare la tecnica di impianto. Per testare la procedura di impianto in vivo, quattro femmine di capra da latte olandese (82-105 kg, 3-5 anni) sono state acquistate da un allevatore locale. Gli animali sono stati alloggiati in un ambiente di gruppo in condizioni ambientali controllate, tra cui temperatura, umidità e ventilazione regolate. Avevano accesso ad libitum a cibo e acqua e venivano trattati in conformità con le linee guida stabilite per il benessere degli animali.

1. Progettazione e produzione di strumenti

  1. Progettazione e produzione del disco artificiale di prova
    1. Progettare un disco di prova con e senza chiglie (Figura 2A, B) in base alle dimensioni degli impianti di dischi artificiali. Il disco di prova misurava 14 mm × 13 mm × 5 mm, corrispondenti alle dimensioni dell'impianto del disco artificiale.
    2. Utilizzare il software specializzato (fare riferimento alla TABELLA DEI MATERIALI) per progettare il disco di prova, una versione senza chiglie e una versione con chiglie, e collegarlo con una barra di supporto.
      NOTA: Le protesi del disco artificiale personalizzate utilizzate in questo studio avevano dimensioni simili di 14 mm × 13 mm × 5 mm. Le due versioni del disco di prova sono progettate per soddisfare le diverse esigenze chirurgiche: la versione senza chiglie viene utilizzata per il dimensionamento dello spazio IVD dopo la discectomia, mentre la versione con chiglie garantisce la corretta creazione di canali nella placca terminale e funge da pulitore della chiglia.
    3. Stampa il disco di prova in lega di titanio di grado medico (Ti6AI4V ELI grado 23) utilizzando la tecnologia di fusione laser selettiva con una stampante a metallo diretto (fare riferimento alla TABELLA DEI MATERIALI).
    4. Post-elaborazione delle prove del disco, inclusa la lucidatura manuale e la pulizia a ultrasuoni (fare riferimento alla TABELLA DEI MATERIALI).
  2. Progettazione e produzione della guida per sega a disco artificiale
    1. Scansiona il supporto della gabbia spinale disponibile in commercio (fare riferimento alla TABELLA DEI MATERIALI) con particolare attenzione alle due barre filettate che afferrano saldamente e collegano la gabbia con il supporto (Figura 2C).
    2. Progettare la gabbia di guida della sega (15 mm x 14 mm x 5 mm), progettare una fessura centrale (13 mm x 1 mm) per la sega, aperta sul lato ventrale e chiusa sul lato dorsale (Figura 2C) che funge da arresto della sega. Progetta due inserti filettati compatibili sul lato ventrale della guida della sega compatibili con il supporto utilizzando il software specializzato.
    3. Fabbricare la guida della sega mediante fusione laser selettiva di Ti6Al4V ELI grado 23, una lega di titanio medicale certificata, utilizzando una stampante diretta in metallo, fornita dal produttore dell'impianto.
      NOTA: Tutti gli strumenti per l'impianto sono stati sterilizzati in autoclave a vapore a una temperatura di 134 °C per 80 minuti (fare riferimento alla TABELLA DEI MATERIALI).
    4. Progettazione dell'inseritore di dischi artificiali
      1. Progettare un inseritore basato sulla curvatura dell'area dorsale del disco artificiale (Figura 2D) e produrlo utilizzando la tecnologia di fusione laser selettiva con una macchina da stampa diretta in metallo gestita dal produttore dell'impianto.
        NOTA: L'approccio della procedura di impianto è stato inizialmente eseguito su vertebre cervicali di capra cadaverica per determinarne la fattibilità e l'idoneità dei dispositivi di impianto. Dopo l'impianto su cadavere, la valutazione radiografica ha confermato la fattibilità della procedura (Figura supplementare S1). La sezione sulla procedura chirurgica nel modello di capra in vivo include una panoramica completa del processo di impianto.

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Figura 2: Strumenti per l'impianto di titanio stampati in 3D per l'inserimento di dischi artificiali. (A) disco artificiale di prova senza chiglie, (B) disco artificiale di prova con chiglie, (C) guida + supporto per sega a disco artificiale, (D) inseritore di dischi artificiale. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

2. Gestione preoperatoria e anestesia

  1. Eseguire un esame generale delle capre prima dell'anestesia.
  2. Anestetizzare la capra seguendo il protocollo sottostante (fare riferimento alla TABELLA DEI MATERIALI).
    1. Premedicazione: prima dell'anestesia, somministrare 0,01 mg/kg di dexmedetomidina per via endovenosa come sedativo
      NOTA: Con una concentrazione disponibile di 0,5 mg/mL, il volume di iniezione risultante variava da 1,64 mL a 2,1 mL, a seconda del peso dell'animale.
    2. Per indurre l'anestesia, iniettare 2-4 mg/kg di propofol per via endovenosa.
      NOTA: Il propofol è stato somministrato con una concentrazione disponibile di 20 mg/mL.
    3. Gestione delle vie aeree: intubare l'animale e mantenere l'anestesia con isoflurano inalato e ossigeno.
    4. Utilizzare l'infusione a velocità costante (CRI) di propofol (10 mg/kg/min, EV), remifentanil (0,03 mg/Kg/h, EV) e cis-atracurio (0,09 mg/kg/h, EV) per mantenere l'anestesia e fornire analgesia e rilassamento muscolare durante l'intervento chirurgico.
      NOTA: In questo studio, il cis-atracurio (2 mg/mL) e il propofol (20 mg/mL) sono stati utilizzati come infusioni continue. I volumi finali di infusione sono stati calcolati in base alla dose richiesta e al peso corporeo. Il remifentanil (2 mg/flaconcino) è stato ricostituito con 2 mL di acqua sterile e ulteriormente diluito con 48 mL di soluzione fisiologica per ottenere una concentrazione finale di 40 μg/mL, consentendo un'infusione accurata in base alla dose richiesta e al peso corporeo.
    5. Monitoraggio: per garantire la stabilità, monitorare continuamente parametri vitali come la frequenza cardiaca, la frequenza respiratoria, i livelli di anidride carbonica di fine espirazione, la saturazione arteriosa di ossigeno, la pressione sanguigna non invasiva e i dati elettrocardiografici.
  3. Posizionare un catetere urinario Foley a permanenza nella vescica utilizzando una tecnica sterile (fare riferimento alla TABELLA DEI MATERIALI).
    1. Preparazione: Creare un ambiente sterile per il cateterismo. Taglia i peli dalla volta vaginale ventrale nelle capre.
    2. Pulizia: disinfettare l'area con una soluzione di iodio povidone e risciacquare la volta vaginale con 10-12 ml di soluzione di iodio povidone diluito.
    3. Per evitare la contaminazione, utilizzare tecniche asettiche come lavarsi correttamente le mani e utilizzare guanti sterili.
    4. Prima di inserire il catetere di Foley, applicare un lubrificante sterile sulla sua estremità distale. Mantenere un metodo asettico durante la procedura.
    5. Fissaggio del catetere: una volta che il catetere è stato posizionato in modo appropriato nella vescica, gonfiare il palloncino con acqua sterile secondo le istruzioni del produttore per fissarlo e prevenire lo spostamento.
    6. Raccolta delle urine: Collegare la porta di drenaggio del catetere di Foley a una sacca di raccolta delle urine per monitorare e gestire la produzione di urina.
  4. Inserire un tubo faringeo nella capra per prevenire gonfiore e rigurgito durante l'intervento chirurgico
    1. Posizionare la capra in decubito sternale per facilitare il posizionamento del tubo.
    2. Assicurarsi che la testa e il collo siano leggermente estesi in avanti.
    3. Selezionare un tubo della lunghezza e del diametro appropriati per le dimensioni della capra.
    4. Lubrificare il tubo con un gel a base d'acqua per ridurre al minimo i traumi durante l'inserimento.
    5. Usa un bavaglio per tenere la bocca aperta ed evitare che la capra morda il tubo.
    6. Passare delicatamente il tubo sulla lingua e dirigerlo verso l'orofaringe.
    7. Far avanzare il tubo con cautela, assicurandosi del corretto posizionamento nella faringe senza forzarlo.
  5. Somministrare amoxicillina-acido clavulanico per iniezione iniettabile alla dose di 10 mg/kg per via endovenosa 30 minuti prima dell'incisione cutanea (fare riferimento alla TABELLA DEI MATERIALI).
  6. Posizionare l'animale in decubito dorsale con il collo in estensione. Utilizzare un poggiatesta imbottito o un sacco di sabbia per mantenere il corretto allineamento della testa e fornire supporto. Utilizzare un cuscinetto in schiuma o un pouf sotto il collo per mantenere l'allineamento del rachide cervicale (Figura 3).
    NOTA: Per evitare complicazioni come l'eccessiva estensione, l'eccessiva pressione sul rachide cervicale o la compressione del tronco encefalico, assicurarsi che il collo sia posizionato in un allineamento neutro e stabile durante tutta la procedura.
  7. Radere l'area ventrale del collo dal cranio all'ingresso toracico e pulire con una soluzione di iodio.
  8. Prepararsi per l'intervento chirurgico eseguendo un ultimo scrub chirurgico sterile sul collo. Detergere la pelle due volte con clorexidina gluconato al 4%, seguita da due applicazioni di clorexidina digluconato 0,5% m/v in alcool spray al 70% (fare riferimento alla TABELLA DEI MATERIALI).
  9. Posizionare quattro teli chirurgici sterili e impermeabili intorno al sito operatorio (fare riferimento alla TABELLA DEI MATERIALI).
  10. Coprire il sito chirurgico esposto con un telo impregnato di iodio e fissarlo con pinze per asciugamani.

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Figura 3: Configurazione intraoperatoria per l'impianto di dischi artificiali in una capra. La capra è posizionata in decubito dorsale sul tavolo operatorio, supportata da un materasso di sabbia assistito dal vuoto per mantenere il corretto posizionamento e stabilità. Le illustrazioni schematiche (al centro e a destra) illustrano la configurazione di posizionamento, incluso il cuscinetto (colore giallo) posizionato sotto il collo per fornire supporto e allineamento cervicale. I segni rossi indicano il sito chirurgico per l'impianto del disco artificiale. Questa configurazione garantisce un allineamento ottimale della colonna vertebrale riducendo al minimo i punti di pressione durante la procedura. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

3. Procedura chirurgica

  1. Identificare la regione per l'approccio chirurgico tra la laringe e l'ingresso toracico e palpare le vertebre cervicali (atlante di C1 e processo trasverso di C6) per l'orientamento.
  2. Praticare un'incisione cutanea ventrale sulla linea mediana dalla laringe al manubrio dello sterno.
  3. Sezionare attraverso il sottocute e il muscolo platisma , esponendo la muscolatura cervicale sottostante. Utilizzare l'elettrocauterizzazione bipolare per controllare e ridurre al minimo le emorragie (fare riferimento alla TABELLA DEI MATERIALI).
  4. Identificare i muscoli sternomioideo sinistro e destro (mediale) e sternomastoideo (caudolaterale), che corrono longitudinalmente lungo il collo ventrale.
  5. Separare e ritrarre il ventre muscolare dello sternomioideo e dello steromastoideo nella linea mediana ed esporre con cura la trachea sottostante. Eseguire la dissezione smussata sul lato destro della trachea e ritrarla delicatamente con l'esofago sul lato sinistro con un divaricatore autobloccante Collin (bambino) (fare riferimento alla TABELLA DEI MATERIALI). Proteggere la trachea e il nervo laringeo ricorrente dalla lama del divaricatore autobloccante con una garza inumidita interposta.
  6. Ritrarre lateralmente la guaina carotidea destra (contenente l'arteria carotide, il nervo vagale e la vena giugulare) sul lato destro con l'altra lama del divaricatore autobloccante Collin (bambino) e proteggere con una garza interposta.
  7. Identificare il ventre del muscolo lungo collo e il loro attaccamento al processo spinale ventrale delle vertebre cervicali.
  8. Identificare C6 dai suoi grandi processi trasversali sinistro e destro che si estendono lateralmente-ventralmente e successivamente palpare il singolare processo ventrale di C5 nella linea mediana appena cranialmente dei processi trasversali di C6.
  9. Successivamente, identifica il processo ventrale singolare di C4 a un livello cranialmente.
  10. Esporre le superfici ventrali dei corpi vertebrali C4 e C5 separando bruscamente i muscoli del lungo collo con una forbice a punta smussata su entrambi i lati della linea mediana e identificare la cresta vertebrale ventrale della linea mediana per confermare il perfetto allineamento dorso-ventrale dell'unità spinale C4-C5. Utilizzare l'elettrocauterizzazione bipolare per controllare l'emorragia dal ventre muscolare.
  11. Utilizzare due divaricatori Gelpi autobloccanti per ritrarre il ventre del muscolo lungo collo e mantenere l'esposizione dei corpi vertebrali di C4 e C5 (fare riferimento alla TABELLA DEI MATERIALI) (Figura 4A).
  12. Localizzare lo spazio discale C4-C5 immediatamente caudalmente al processo spinoso ventrale di C4 utilizzando la palpazione, i punti di riferimento anatomici e confermare mediante fluoroscopia utilizzando un marcatore metallico (ad esempio, ago ipodermico (22G)).
  13. Successivamente, eseguire una discectomia parziale limitata utilizzando un coltello da bisturi n. 11 o un coltello da castoro n. 64 e 65 (fare riferimento alla TABELLA DEI MATERIALI). Eseguire un'incisione rettangolare con il lato lungo (10-15 mm) parallelo alla placca vertebrale e il lato corto (5 mm) laterale e perpendicolare alle placche terminali (Figura 4A).
  14. Rimuovere la FA ventrale rettangolare incisa in un unico pezzo ed esplorare il nucleo polposo centrale con una sonda neurochirurgica a punta sferica da 1 mm e rimuovere il materiale del nucleo. Il disco è leggermente orientato da caudale a craniale quando si progredisce con la discectomia da ventrale a dorsale. Evitare la penetrazione della discectomia sul lato dorsale nel canale vertebrale.
  15. Identificare la porzione centrale dei corpi vertebrali C4 e C5 sull'aspetto ventrale con una sonda neurochirurgica a punta sferica ed esplorare la superficie della placca terminale. La piastra terminale C4 ha una superficie leggermente concava, mentre la piastra terminale C5 ha una superficie convessa.
  16. Posizionare dei segni sulla linea mediana, a metà strada tra i corpi vertebrali C4 e C5 per l'applicazione del distrattore di Caspar.
  17. Utilizzare una punta da trapano da 2,0 mm collegata a un trapano a bassa velocità e praticare un foro pilota sui segni, progredendo attraverso la corteccia cis e nell'osso spongioso, ma evitare la penetrazione della corteccia trans (fare riferimento alla TABELLA DEI MATERIALI).
  18. Forare con un angolo di 90° rispetto alla superficie vertebrale ventrale per creare fori pilota su entrambi i corpi vertebrali C4 e C5.
  19. Sondare i fori con un profondimetro per valutare che la profondità dei fori sia adeguata per fissare i fili K e per confermare che la corteccia trans non sia penetrata nel canale vertebrale.
  20. Inserire due fili K da 2.5 mm nei fori pilota con un trapano a bassa velocità, assicurandosi che siano sicuri ma non eccessivamente profondi (fare riferimento alla TABELLA DEI MATERIALI).
  21. Utilizzare la fluoroscopia per confermare il corretto posizionamento dei fili K, l'allineamento con lo spazio discale C4-C5 e l'assenza di coinvolgimento della corteccia trans.
  22. Collegare il distrattore vertebrale Caspar ai fili K sui corpi vertebrali C4 e C5 (fare riferimento alla TABELLA DEI MATERIALI).
  23. Assicurarsi che i bracci del distrattore siano posizionati simmetricamente per evitare carichi asimmetrici.
  24. Stringere gradualmente il distrattore per allargare lo spazio IVD tra C4-C5 (circa 2-3 mm oltre la normale altezza del disco) per consentire una migliore visualizzazione e facilitare la rimozione completa della NP e della FA dorsale.
    NOTA: Applicare una distrazione lenta ed evitare una distrazione eccessiva per prevenire il danneggiamento delle placche vertebrali o delle strutture adiacenti e l'allungamento della tensione sul midollo spinale o sulla radice nervosa.
  25. Utilizzare la curette spinale e la pinza da presa Chevalier Jackson per svuotare completamente la porzione dorso-ventrale della linea mediana centrale dell'IVD per consentire l'inserimento di strumenti e disco artificiale (fare riferimento alla TABELLA DEI MATERIALI).
  26. Dopo che il tessuto del disco, compresi i tessuti NP e AF, è stato rimosso e si è assicurato che tutto il materiale visibile del disco sia stato eliminato, lo spazio vuoto del disco viene lavato per rimuovere eventuali detriti di microdischi rimanenti. Utilizzare un microscopio operatorio o lenti di ingrandimento per garantire una rimozione completa del materiale del disco.
    NOTA: È fondamentale rimuovere l'intero tessuto centrale NP e AF per evitare che il tessuto residuo interferisca con il posizionamento dell'impianto, la guarigione o la stabilità biomeccanica. Tuttavia, i tessuti FA laterali attaccati ai legamenti laterali devono essere preservati, in quanto forniscono stabilità ai livelli spinali dopo il bioimpianto (vedi Figura supplementare S1A). La rimozione incompleta può comportare conseguenze quali risposte infiammatorie, scarsa integrazione dell'impianto o compressione prolungata.
  27. Assicurarsi di non danneggiare la FA laterale e il legamento longitudinale dorsale per garantire la stabilità del disco artificiale dopo l'impianto ed evitare la lussazione vertebrale.
  28. Quindi, sbrigliare accuratamente le placche terminali cartilaginee utilizzando una curette a disco Scoville (fare riferimento alla TABELLA DEI MATERIALI).
  29. Preservare l'osso subcondrale per mantenere la stabilità e prevenire il collasso della placca vertebrale e la futura subsidenza.
  30. Inserire il disco di prova senza chiglie per valutare il corretto posizionamento del disco artificiale e assicurarsi che raggiunga la profondità appropriata in relazione allo spazio IVD (Figura 4B). Confermare il posizionamento utilizzando la fluoroscopia.
  31. Rimuovere il disco di prova senza chiglie. Collegare la guida della sega al supporto e inserire la guida della sega nello spazio preparato, assicurandosi che l'allineamento sia corretto allineando la fessura aperta esattamente con la cresta vertebrale ventrale di C4 e C5 (vedere la Figura supplementare S1A). Verificare il corretto inserimento della guida della sega con la fluoroscopia, quindi scollegare e rimuovere il supporto.
  32. Allineare una lama di 0,6 mm di spessore con la cresta vertebrale ventrale della linea mediana di C4 e C5, compresa la fessura aperta della guida della sega, e iniziare a segare utilizzando una segatrice oscillante da ventrale a dorsale sotto lavaggio salino continuo (Figura 4C, Figura 1A supplementare). Interrompere il taglio quando la lama tocca il lato dorsale chiuso in titanio della fessura. Utilizzare una lama per sega da trauma (fare riferimento alla TABELLA DEI MATERIALI).
  33. Con la lama inserita, eseguire la fluoroscopia e controllare le fessure di taglio nei corpi vertebrali C4 e C5 (Figura 4C, Figura 5B).
  34. Ricollegare il supporto alla guida della sega, quindi rimuovere con cautela la guida della sega. Mantieni la distrazione con il divaricatore Caspar.
  35. Inserire il disco di prova con le chiglie nello spazio del disco per pulire i canali della chiglia e garantire il corretto posizionamento. Utilizzare la fluoroscopia per confermare l'allineamento e l'adeguatezza dei canali creati (Figura 5C).
  36. Rimuovere il disco di prova con le chiglie.
  37. Disimballare il dispositivo a disco artificiale e controllare le chiglie in titanio sul lato craniale e caudale del rivestimento in fibra dell'impianto (Figura 1B). Assicurarsi che le chiglie siano intatte, il che è essenziale per un fissaggio sicuro e una corretta integrazione con le placche terminali vertebrali. Identificare il lato dorsale e quello ventrale dell'impianto. Il lato ventrale ha un contorno leggermente più convesso o arrotondato, mentre il lato dorsale appare più piatto o più largo (Figura 1B).
    NOTA: Le chiglie ventrali della piastra terminale in titanio sono più spesse delle chiglie dorsali (1,3 mm contro 1 mm) (Figura 1C). Questa differenza gioca un ruolo cruciale nel ridurre il rischio di lussazione dopo l'impianto, poiché le chiglie dorsali vengono inserite per prime, seguite dalle chiglie ventrali nei canali creati.
  38. Premere saldamente il lato ventrale della guaina in fibra del disco artificiale nel supporto dell'inserto del disco e spingere il disco artificiale nello spazio del disco preparato (Figura 4D) (Figura supplementare S1B).
  39. Allineare la protesi con la linea mediana delle vertebre per garantire un posizionamento corretto. Utilizzare la fluoroscopia per confermare il corretto posizionamento del disco artificiale, il corretto posizionamento delle chiglie dorsali e ventrali sul lato cranico e caudale (Figura 5D). Rilascia la distrazione sul distrattore Caspar.
  40. Con il corretto inserimento del disco artificiale, il bordo ventrale del disco artificiale deve essere a filo o leggermente dorsale rispetto alla superficie ventrale dell'osso vertebrale (Figura 6A).
  41. Rimuovere il distrattore Caspar e i fili K da 2,5 mm.
  42. Con la fresa ad alta velocità da 1-2 mm, creare un foro rotondo (5 mm di diametro) all'interno della fessura ventrale della sega caudalmente su C4 e cranialmente su C5, immediatamente ventralmente alla chiglia ventrale (Figura 6B) (Figura supplementare S1C).
  43. Preparare il cemento osseo secondo le istruzioni del produttore e applicare il cemento osseo nei fori del canale e lasciarlo indurire per circa 10 minuti (fare riferimento alla TABELLA DEI MATERIALI) (Figura 4E, Figura 6C) (Figura supplementare S1D).
    NOTA: Mantenere un ambiente ben ventilato durante la miscelazione e l'applicazione del cemento osseo. Utilizzare un'aspirazione appropriata per rimuovere sangue e liquidi prima dell'applicazione per evitare un'adesione impropria del cemento. Sulla base delle istruzioni del produttore, è stato utilizzato un rapporto tra polvere e 36% di liquido in massa del 64%, ovvero per ogni 40 g di polvere polimerica sono stati aggiunti 20 ml di liquido monomerico.
  44. Utilizzare due piastre in titanio a 4 fori da 2,0 mm e tagliarle con un tagliapiastre per creare piastre con 3 o 2 fori (fare riferimento alla TABELLA DEI MATERIALI). Posizionare queste piastre lateralmente l'una all'altra per coprire i canali cementati, sigillandoli efficacemente e impedendo lo spostamento del cemento (Figura 4F, Figura 6D).
  45. Fissare la piastra con due viti di bloccaggio da 2.0 mm dopo aver forato la corteccia cis con una punta da trapano da 2.0 mm (fare riferimento alla TABELLA DEI MATERIALI) (Figura 4F, Figura 6D).
  46. Lavare accuratamente il sito chirurgico con soluzione fisiologica calda sterile per rimuovere detriti e polvere ossea.
  47. Verificare la posizione del disco artificiale impiantato utilizzando un controllo fluoroscopico finale (Figura 5E, F).
  48. Riapprossimare e suturare i muscoli del lungo collo utilizzando suture riassorbibili (2-0 polidiossanone) (fare riferimento alla TABELLA DEI MATERIALI).
  49. Riposizionare e suturare i muscoli sternoioideo e steromastoideo con suture riassorbibili (2-0 polidiossanone).
  50. Utilizzare suture riassorbibili (2-0 poliglecaprone 25 con ago a punta conica) in un semplice schema continuo per lo strato sottocutaneo (fare riferimento alla TABELLA DEI MATERIALI).
  51. Chiudere la cute con una sutura sottocutanea riassorbibile in continuo (2-0 poliglecaprone 25 con ago da taglio).

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Figura 4: Vista ventrale dell'unità spinale C4-C5 della capra. I divaricatori Gelpi vengono utilizzati per ritrarre la muscolatura del lungo collo (destra cranica, sinistra caudale). La procedura di impianto del disco artificiale prevede i seguenti passaggi: (A) Discectomia - Rimuovere il disco intervertebrale con un coltello di castoro per preparare lo spazio del disco per l'impianto. (B) Posizionamento della guida della sega - Posizionare la guida della sega con la fessura aperta in linea con la cresta vertebrale ventrale della linea mediana (punte di freccia verdi) per garantire una preparazione ossea accurata e controllata. (C) Creazione di canali della chiglia - Utilizzare una sega oscillante per creare canali nella placca terminale ossea in linea con la cresta vertebrale ventrale della linea mediana (punte di freccia verde) per un corretto posizionamento dell'impianto. (D) impianto di dischi artificiali - Inserire il disco artificiale (freccia gialla) nello spazio del disco intervertebrale (IVD). (E) Applicazione di cemento - Applicare cemento osseo (frecce blu) nei canali della piastra terminale ossea preparati per prevenire la migrazione della chiglia. (F) Copertura dei canali - Mettere in sicurezza il sito coprendo i canali con piastre di titanio (frecce bianche). Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

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Figura 5: Monitoraggio del processo di impianto del disco artificiale mediante fluoroscopia intraoperatoria. (A) Il posizionamento del fluoroscopio in sala operatoria. (B) Verificare l'allineamento della guida della sega e valutare la profondità del canale creato dalla lama della sega. (C) Un disco artificiale di prova con chiglie viene utilizzato per valutare i canali preparati e fungere da pulitore della chiglia. (D) Verificare il corretto posizionamento del disco artificiale, assicurandosi che le chiglie dorsali e ventrali siano correttamente posizionate sui lati cranico e caudale. (E e F) Dopo l'inserimento dell'impianto del disco artificiale, l'applicazione di tappi di cemento nei canali ventrali e il posizionamento delle placche sopra le aperture dei canali ventrali, viene eseguita la fluoroscopia per la valutazione finale del disco artificiale impiantato, E (vista ventrodorsale), B, C, D e F (vista laterale). Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

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Figura 6. Disegno schematico dell'impianto del disco artificiale e misure aggiuntive per prevenire la migrazione della chiglia. (A) Posizionamento corretto dell'impianto del disco artificiale centralmente nello spazio del disco intervertebrale. (B) La parte ventrale di entrambi i canali è leggermente allargata e arrotondata utilizzando una fresa alimentata elettricamente, mantenendo attentamente una distanza dalle piastre terminali. (C) Le aperture dei canali ventrali sono riempite con cemento osseo, bloccando la chiglia ventrale della piastra terminale in titanio nel dispositivo a disco artificiale per uscire dai canali. (D) Le piastre in titanio vengono utilizzate per bloccare efficacemente i canali e prevenire lo spostamento dei tappi di cemento. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

4. Recupero e gestione postoperatoria

  1. Eseguire una TAC dell'area cervicale per valutare la posizione del disco artificiale dopo l'impianto (Figura 7).
  2. Applicare un mantello di schiuma intorno al collo e una benda leggera per sostenere il sito di impianto chirurgico (fare riferimento alla TABELLA MATERIALI).
  3. Consentire la deambulazione postoperatoria controllata se necessario per la minzione e la defecazione dopo la rimozione del catetere di Foley e una volta osservata la minzione volontaria.
  4. Somministrare Flunixin meglumina come analgesico alla dose di 2,2 mg/kg per un massimo di cinque giorni dopo l'impianto (fare riferimento alla TABELLA DEI MATERIALI).
  5. Applicare un cerotto alla buprenorfina per l'analgesia topica su ogni capra, assicurandosi che rimanga in posizione per quattro giorni (fare riferimento alla TABELLA DEI MATERIALI).
  6. A scopo profilattico, somministrare neomicina-procaina benzilpenicillina alla dose di 5 mg/kg al giorno per tre giorni dopo l'impianto (fare riferimento alla TABELLA DEI MATERIALI).
    NOTA: In questo studio, la flunixina meglumina (50 mg/mL) è stata somministrata a 2,2 mg/kg e la neomicina-procaina benzilpenicillina a 5 mg/kg utilizzando una formulazione combinata contenente neomicina (100 mg/mL) e procaina benzilpenicillina (200 mg/mL); In entrambi i casi, i volumi finali di iniezione sono stati calcolati in base al peso corporeo dell'animale. Per migliorare la chiarezza e supportare la riproducibilità, è stato aggiunto un diagramma del flusso di lavoro che riassume l'intero processo, dalla preparazione preoperatoria al follow-up post-operatorio, come Figura 8.

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Figura 7. TAC postoperatoria dell'impianto di disco artificiale. Le viste TC hanno dimostrato che l'impianto è saldamente in posizione, con i canali nel C4: (A) vista trasversale e (D) vista sagittale, e C5: (B) vista trasversale e (E) placche terminali di vista sagittale bloccate da cemento osseo, che è indicato da frecce rosse. I canali sono stati creati nella linea mediana delle piastre d'estremità C4 e C5, come misurato nelle viste trasversali (A e B) e mostrato nella vista assiale (C). Lo spazio del disco intervertebrale (IVD) è stato misurato anche post-operatorio a diversi livelli di IVD nelle viste sagittali (F). Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

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Figura 8: Panoramica del flusso di lavoro chirurgico dalla preparazione preoperatoria al follow-up post-operatorio. Fare clic qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

Risultati

È stato utilizzato un modello di capra cadaverica per familiarizzare l'équipe chirurgica con la procedura prima di iniziare lo studio in vivo . Il protocollo del cadavere utilizza un modello di cadavere di capra per consentire ai ricercatori e ai chirurghi della colonna vertebrale di praticare la procedura chirurgica di impianto di un nuovo disco intervertebrale artificiale nello spazio intervertebrale C4-C5 in un ambiente realistico, simile a una sala operatoria. L'imaging a raggi X è stato eseguito su un cadavere per confermare l'assenza di danni significativi all'impianto del disco artificiale e alle placche terminali ossee dopo l'impianto (Figura supplementare S1E). Per migliorare il realismo del set di formazione chirurgica, è stato utilizzato un cadavere di capra intero fresco, che consente un posizionamento preciso sul tavolo operatorio mantenendo il colore, la consistenza e la compattezza naturali dei tessuti. Ogni fase della procedura chirurgica ha esposto la regione di interesse nelle vertebre cervicali ed è stata eseguita secondo la pratica neurochirurgica standard22.

Lo studio in vivo dell'impianto del disco artificiale nelle 4 capre ha mostrato il successo dell'esecuzione di questo protocollo a livello C4-C5 nel modello animale di capra e ha prodotto risultati prevedibili in termini di accuratezza chirurgica e stabilità immediata dell'impianto. L'imaging intra e post-procedura, come la fluoroscopia, la radiografia e la TC, hanno costantemente verificato il posizionamento preciso della protesi all'interno dello spazio IVD.

L'uso della fluoroscopia intraoperatoria durante le fasi critiche, come l'inserimento del disco di prova, il posizionamento della guida della sega e il posizionamento del disco artificiale finale, ha garantito la precisione e prevenuto errori procedurali. Al termine della procedura di segatura, l'ispezione dei canali di chiglia preparati ha rivelato tracce di chiglia pulite e ben allineate senza segni di sbavature eccessive o danni alle strutture circostanti. I tappi di cemento osseo sono serviti adeguatamente come blocco ventrale per la migrazione della chiglia nei canali, creando una base stabile per la protesi del disco artificiale.

La TC si è rivelata un valido metodo di imaging postoperatorio, consentendo ricostruzioni multiplanari che hanno permesso una valutazione precisa del posizionamento tridimensionale dell'impianto rispetto allo spazio IVD e alle placche terminali vertebrali (Figura 7). Il corretto allineamento del disco artificiale, il ripristino dell'altezza del disco e la preparazione simmetrica del canale della chiglia sono stati ottenuti con variazioni minime (Figura 7). Inoltre, l'applicazione di piastre di bloccaggio in titanio ha sigillato efficacemente i tappi cementati per prevenire lo spostamento del cemento.

L'imaging fluoroscopico di follow-up (24 ore e 21 giorni dopo l'impianto) ha ulteriormente confermato la posizione del disco artificiale e l'integrità strutturale delle vertebre circostanti (Figura 9).

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Figura 9: Follow-up postoperatorio dell'impianto di disco artificiale. (A-B) Uno degli animali impiantati osservato 24 ore dopo l'intervento, insieme alla corrispondente immagine fluoroscopica, dimostrava segni di un'adeguata gestione del dolore e di benessere generale, come una postura normale. (C-D) Lo stesso animale ha valutato 21 giorni dopo l'impianto, con un'immagine fluoroscopica che confermava il posizionamento sicuro dell'impianto. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

Gli esiti funzionali, compreso il recupero neurologico e la mobilità, sono stati valutati nel periodo di 21 giorni successivo all'impianto in tutte e quattro le capre. Durante questo periodo, tutti gli animali hanno mostrato un comportamento normale, hanno mantenuto un buon appetito e non hanno mostrato segni di dolore o deficit neurologici o zoppia. Inoltre, non sono stati osservati segni di infezione del sito chirurgico in nessuna delle quattro capre durante il periodo di 21 giorni post-impianto sulla base di segni clinici come temperatura corporea normale, assenza di gonfiore, arrossamento o secrezione nel sito chirurgico, appetito stabile, comportamento normale e mancanza di zoppia o malattia sistemica (video supplementare S1 e video supplementare S2).

Figura supplementare S1: Artroplastica del disco cervicale di capra cadaverica utilizzando l'impianto di disco artificiale nello spazio del disco intervertebrale C4-C5 per valutare la fattibilità della tecnica di impianto. La procedura ha comportato le seguenti fasi: (A) Discectomia e creazione di canali nelle placche terminali ossee in linea con la cresta vertebrale ventrale della linea mediana (punte di freccia verdi). (B) Impianto del dispositivo del disco artificiale. (C) Espansione dei canali creati utilizzando una fresa alimentata elettricamente (freccia gialla). (D) Inserimento di cemento osseo nei canali (freccia nera), seguito da copertura con una piastra in titanio per prevenire l'estrusione del tappo di cemento osseo. (E) Viste radiografiche ventro-dorsali (a sinistra) e laterali (a destra) ottenute dopo l'impianto del disco artificiale e l'applicazione di cemento osseo, ma prima del posizionamento della placca in titanio sopra i tappi di cemento osseo. Le chiglie della piastra terminale in titanio (frecce rosse) del dispositivo a disco artificiale sono posizionate nei canali della chiglia in ciascuna piastra terminale vertebrale. Clicca qui per scaricare questo file.

Video supplementare S1: Il filmato mostra l'animale tre giorni dopo l'impianto del disco artificiale. Clicca qui per scaricare questo file.

Video supplementare S2: Il video, registrato 21 giorni dopo l'impianto del disco artificiale, ha catturato i 4 animali da esperimento che mostravano un comportamento normale. Clicca qui per scaricare questo file.

Discussione

I risultati di questo studio su modelli animali di capra da cadavere e in vivo dimostrano la precisione e la riproducibilità del protocollo descritto per l'impianto di dischi artificiali a livello C4-C5 nelle spine cervicali. Questo studio ha valutato efficacemente la fattibilità tecnica della procedura, sottolineando l'importanza dell'imaging, della strumentazione specifica personalizzata e del corretto allineamento dell'impianto, delle strutture vertebrali e dell'approccio chirurgico durante le fasi chirurgiche chiave23.

Un risultato significativo di questo studio è stata la creazione affidabile di canali di chiglia correttamente allineati e un posizionamento stabile della protesi. L'uso sistematico della fluoroscopia durante la procedura chirurgica ha garantito l'accuratezza, in particolare durante il posizionamento del disco di prova e l'inserimento finale della protesi. Questo approccio basato sull'imaging ha lo scopo di ridurre al minimo il rischio di disallineamento, che è stato riportato come una potenziale complicanza in precedenti studi sull'impianto di dischi artificiali24. Inoltre, l'applicazione del distrattore vertebrale Caspar ha fornito uno spazio di lavoro controllato e stabile, consentendo una rimozione precisa del materiale del disco e la preparazione del canale della chiglia. L'uso del distrattore vertebrale Caspar per l'impianto di dischi artificiali rispecchia da vicino gli approcci utilizzati nella decompressione e fissazione cervicale anteriore, supportando ulteriormente il potenziale traduzionale di questo protocollo25.

Il cemento osseo, in particolare il polimetilmetacrilato (PMMA), è stato spesso utilizzato in trattamenti come la vertebroplastica e la cifoplastica per stabilizzare le fratture da compressione spinale25. Il cemento osseo è stato utilizzato anche per migliorare la fissazione delle viti peduncolari nelle spine osteoporotiche, poiché è stato dimostrato che migliora la loro stabilità nell'osso compromesso26. Nell'attuale tecnica chirurgica, sono stati utilizzati cemento osseo e placche di bloccaggio in titanio per aumentare la stabilità ancorando la protesi e limitando lo spostamento, e consentendo la valutazione dell'osteo-integrazione a lungo termine del mantello del rivestimento in fibra del disco artificiale con la placca terminale vertebrale. Queste precauzioni sono state implementate per migliorare l'integrità a lungo termine dell'impianto e garantire una fissazione spinale di lunga durata. Tuttavia, l'uso aggiuntivo di cemento osseo e fissazione della placca aumenterà molto probabilmente il potenziale di complicanze correlate all'impianto, come l'aumento dello stress sulle strutture adiacenti, il rimodellamento osseo alterato, le reazioni da corpo estraneo o le difficoltà nella chirurgia di revisione. I futuri studi sui dischi artificiali sull'esito funzionale a lungo termine dovrebbero anche concentrarsi sulla necessità di questo ulteriore passo per prevenire la migrazione della chiglia.

Sebbene questo studio in vivo sulle capre sia stato progettato principalmente per valutare la fattibilità e gli esiti a breve termine dell'impianto di dischi artificiali, i risultati hanno dimostrato il successo dell'impianto senza alcun segno radiografico di infezione, migrazione dell'impianto o disintegrazione del materiale dell'impianto durante il periodo postoperatorio di 21 giorni. Sono state condotte valutazioni funzionali per valutare il recupero post-operatorio a breve termine dell'animale, tra cui il recupero neurologico, la risposta al dolore, la mobilità e il benessere generale, e tutti e quattro gli animali hanno mostrato un comportamento normale, buon appetito e nessun segno di dolore, zoppia o infezione del sito chirurgico. Questi risultati indicano che il protocollo descritto è efficace e ben tollerato nelle capre sperimentali.

Le potenziali strategie di risoluzione dei problemi intraoperatori comuni (ad esempio, disallineamento dell'impianto, difficoltà nella creazione della fessura della chiglia o applicazione errata del cemento) sono state risolte o prevenute mediante una preparazione precisa della procedura sull'imaging preoperatorio e sulla misurazione del disco intervertebrale e delle dimensioni vertebrali e sulla fluoroscopia. L'efficienza, l'usabilità e la riproducibilità del metodo sono state supportate da ripetuti controlli intraoperatori con fluoroscopia e hanno confermato il posizionamento preciso in decubito dorsale, supportato l'uso di strumenti personalizzati in base alle dimensioni della capra e monitorato tutte le fasi chirurgiche che coinvolgono il posizionamento del collo, l'identificazione anatomica della posizione corretta, il taglio della chiglia, il posizionamento della chiglia, il posizionamento dell'impianto, l'applicazione del cemento, e fissaggio della piastra.

Nonostante i suoi punti di forza, questo studio è limitato dalla sua durata di follow-up relativamente breve. Mentre il periodo di 21 giorni ha fornito informazioni critiche sui primi esiti postoperatori, la stabilità biomeccanica a lungo termine, l'integrazione ossea e l'adattamento funzionale richiedono ulteriori valutazioni per periodi prolungati. Inoltre, le variazioni nell'anatomia individuale, nell'età e nella densità ossea degli animali possono influenzare i risultati e dovrebbero essere prese in considerazione in studi futuri. Sebbene l'analisi biomeccanica della versione originale di questo disco artificiale abbia già dimostrato la sua capacità di imitare la cinetica complessa del disco naturale21, la valutazione meccanica della versione finale con il nuovo nucleo interno è stata completata e i risultati saranno pubblicati in un futuro studio di coorte a lungo termine che coinvolgerà queste quattro capre.

In conclusione, questo studio ha dimostrato la precisione, la riproducibilità e la sicurezza del protocollo di impianto del disco artificiale descritto in un modello di capra in vivo . I risultati suggeriscono che questa tecnica è promettente per gli interventi del rachide cervicale che preservano il movimento e può servire come base preziosa per ulteriori ricerche traslazionali. Gli studi futuri dovrebbero includere l'analisi degli interventi del rachide cervicale che preservano il movimento, insieme a periodi di follow-up più lunghi e l'esame istopatologico delle unità spinali sono necessari per valutare la stabilità dell'impianto a lungo termine e l'osteointegrazione della placca terminale per determinare la sicurezza e il possibile uso clinico nei cani e, in ultima analisi, nell'uomo.

Dichiarazioni

Gli autori non hanno conflitti di interesse da dichiarare.

Ringraziamenti

Questa pubblicazione fa parte del progetto BioAID (progetto n. 10025453), sostenuto dal programma AES Open Technology e in parte finanziato dal Dutch Research Council (NWO).

Materiali

Elenco dei materiali utilizzati in questo articolo
NomeAziendaNumero di catalogoCommenti
Laborotoria degli impianti
3D LabCentro Medico Universitario Utrecht 3D, Utrecht, Paesi Bassi  Il laboratorio responsabile della progettazione del dispositivo di impianto. [https://www.umcutrecht.nl/nl/3d-lab/]
Software
Clideo.comClideo Ltd., CiproEditor video online e strumenti.
Materialise Mimics versione 25.1Materialise, Lovanio, BelgioElaborazione dati CT DICOM
3-Matic versione 17 del softwareMaterialise, Lovanio, BelgioSoftware per progettare i dispositivi di impianto
RadiAnt DICOM Viewer (versione 2024.2)Medixant, Poznafigure-materials-1, PoloniaVisore CT DICOM
Produttore dell'impianto
AmnovisAmnovis, Aarschot, BelgioStampa e post-lavorazione degli strumenti di impianto, inclusi i trail cage+ Saw Guide [https://www.amnovis.com/]
Stampa 3D in metallo & nbsp;Produzione di stampe in metallo 3D e produzione Engieering, Houlle, FranciaStampa e post-lavorazione della piastra finale in titanio BioAID. [https://www.3d-metalprint.com/]
OSYPKA AGRheinfelden, GermaniaSterilizzazione con ossido di etilene (EO) dell'impianto BioAID Dopo l'assemblaggio, l'impianto viene inserito in uno sterilizzatore EO (8%). Il ciclo di sterilizzazione si svolge a bassa temperatura (38°-42°C; C) per 3 ore. [https://osypka.de/]
EmpaEmp, St. Gallen, SvizzeraIncisione al plasma applicando 2 plasma Ar/O2 da 40 min, 16/4 sccm, 30 W, 4 Pa all'interno di un reattore batch [https://www.empa.ch/]
componente impianto
Bionate & reg; PCU 80ADSM Biomedical, Geleen, Paesi Bassi7006035Resistenza media: 82,6, Peso molecolare Mw: 385272 Da, PDI: 2,5, Resistenza alla trazione: 8402,1 psi, Spessore   1,8mm
UHMWPE membrana DSM Biomedical, Geleen, Paesi BassiSpessore di 38 um, densità areale di 5g/m2, dimensione dei pori di 0,9 um
Giacca in fibra lavorata a maglia UHMWPE Centexbel, Grâ ce-Hollogne, Belgio2/1 lapping, 8 punti/cm
Purezza e commercio di Ulteeva;  DSM Biomedical, Geleen, Paesi BassiUlteeva +HA,  SGX, dtex110, TS 100, precedentemente Dyneema Purity®
Strumento e macchina
ProX DMP320 Sistemi 3D, South Carolina, USAMacchina di stampa diretta del metallo utilizzando tecnologia di fusione laser selettiva  
Miele Professional G 7826Miele Nederland B.V., Vianen, Paesi BassiLa lavatrice igienica 
BLUE SEAL 100*360 mmInterster, Wormerveer, Paesi Bassi3FKFB210819Il laminato trasparente per sterilizzazione: dimensione 100*360 mm
Sterilizzatore MMM OB10643MMM Group, Planegg, GermaniaAutoclave a vapore
Modello di fluoroscopia NZS 229Philips, Eindhoven, Paesi BassiFluoroscopia
AGFA DR 600 AGFA Valory, BelgioMacchina a raggi X
64 fette, Definizione SOMATOM Siemens ASSiemens Medical Solutions USA, Inc., USAMacchina per TAC
Catetere di Foley 10frx40cm con palloncino da 10ccTeleflex, USA170605-12Catetere urinale di Foley, dimensione 12
Ioban 23M, MN, USA6640EUDrape chirurgico impregnato di iodio  
Titanio a vite di bloccaggio LeiLOX 2.0Rita Leibinger, BW, Germania245-420-18Vite di blocco autoprefilante in titanio 2,4 mm.
PDS 2-0 con ago CP-1Johnson & Johnson Medical GmbH, Norderstedt, GermaniaPDP466HPolidioxanone più antibatterico 2-0 (materiale assorbibile per suture) 
Monocryl 2-0 con ago Taperpoint PlusJohnson & Johnson Medical GmbH, Norderstedt, GermaniaMCP3170HPoliglecaprone 25 plus antibatterico 2-0 (materiale assorbibile per sutura) con punto conico più ago
Monocryl 2-0 con ago da taglio inversoJohnson & Johnson Medical GmbH, Norderstedt, GermaniaMCP4443HPoliglecaprone 25 plus antibatterico 2-0 (materiale assorbibile per sutura) con ago da taglio inverso
Supporto breve Syncage CSYNTHES GMBH, Svizzera e nbsp;3,96,989Supporto speciale per la misura 4.5 dell'impianto di prova.
Curion® Sacchetto urina CuriBag (2 litri), 25 pezziMedeco BV, Paesi Bassi55902Tubo da 110 cm e valvola trasversale
Shiley & Trade; Tubo endotracheale con TaperGuard e trade; ManettaMedtronic co. Minnesota, USAANNI 18790Occhio a murphy con stilet precaricato, identificazione 9,0 mm, 12,1 mm diametro esterno.
Collin Baby Self retractingBrun GmbH, Tuttlingen, GermaniaBV329RCOLLIN (BABY) Addome retrattivo, auto-trattenuto, retrattore completo, 155 mm (6 1/8"), con chiusura a scatto a palla, modifiche di BV328R, BV327R, BV326R
Forbici Metzenbaum con punta smussataAesculap GmbH, Tuttlingen, GermaniaBC601RForbici Metzenbaum - Dritte - smussa/smussata - 14,5 cm
Gelpi Retractor Wipro, Bengaluru, India051-9970Gruppo HGIII L=185mm
Gelpi Retractor Aesculap GmbH, Tuttlingen, GermaniaBV996RHGIII set L=135mm
Manico della lama di castoro  Spettro veterinario, Lione, FranciaSAH.002544Misura 4'', numero Baldes: 64 e 65 
Punta da trapano Synthes 2,0 mmSYNTHES GMBH, Svizzera e nbsp;310.19
Kirschner  WiersSYNTHES GMBH, Svizzera e nbsp;292.20Sintetizzazioni 2,0 mm KWIRE CON PUNTO TROCAR 150 mm
CASPAR, distraente vertebraleKLS, Tuttlingen, GermaniaSBH 110-740-02sinistra, barra a denti corti: 110 mm
C-Lox  Curette spinali  Rita Leibinger, BW, Germania134-0700-22Acciaio inossidabile 22cm
MTI Curette MTI, Ohio, USAL= 8,8mm, Total L = 19mm, figure-materials-2  curette 6.3mm, curette hook 45figure-materials-3
Pinza Grigia Laringea Chevalier Jackson  Stryker, Michigan, USAS35.4300011.75 & Prime; 299MM
Scoville Curette GerMedUSA, New York, USAG46-150210" di giù
Lama per segaDePuy Synthes, Indiana, USA519.104SLunghezza utilizzabile: 50mm, Spessore di taglio: 0,6mm, Larghezza: 10mm
COLIBRI Ortopedici IIDePuy Synthes, Indiana, USA5,32,101Sega perforatrice/ossilante
PALACOS® R (cemento osseo)Heraeus (Kulzer), GermaniaK202475Cemento osseo ad alta viscosità  , radiopaco, verde couso
Piastra di ricostruzione in lega LeiLOX TiRita Leibinger, BW, Germania142-0220-044 buchi. distanza tra 2 fori approssimativa. 9mm, Lunghezza= 32,95mm, Larghezza massima = 5,95mm, Larghezza minima = 3,6mm, Altezza = 1,55mm 
Actimove CervirollOttobock, Duderstadt, Germania72859-44Mantello in schiuma intorno al collo (taglia Grande)
Farmaci
Dexdomitor 0,5 mg/mlOrion Corporation, Espoo, FinlandiaEU/2/02/033/001-002Dexmedetomidina cloridrato 0,5 mg/ml per iniezione (10ml) 
Intonaco di buprenorfina 20 ά/oraSANDOZ BV, Almere, Paesi BassiRVG 114802Cerotti transdermici
Propofol 20 mg/mlFresenius Kabi Nederland b.v., Huis ter Heide, Paesi BassiRVG 110811Emulsione di propofol 20 mg/ml per iniezione o infusione (50ml) 
Flunixin meglumina 50mg/ml  Laboratories Calier S.A., Les Franqueses del Vallè s, SpianES/V/0127/001Bottiglia da 100 ml, QM01AG90 - Flunixin
Neopen®Intervetto MSD, Boxmeer, Paesi BasatiREG NL 1556Neomicina (100mg/ml)-Procaina Benzilpenicillina (200mg/ml)
Remifentanil 2mgMylan B.V., Amstelveen, Paesi BassiRVG 104757CLORIDRATO DI REMIFENTANIL 2,19 mg/fiala COMPOSIZIONE corrispondente al REMIFENTANIL 2 mg/fiala
Shampoo BetadineMylan B.V., Amstelveen, Paesi BassiRVG 08943Povidone-iodio 75 mg/ml (120 ml)
Oplossaggio betadineMylan B.V., Amstelveen, Paesi BassiRVG 01331 Soluzione di povidone-iodio 100mg/ml (500ml)
Amoxicillina / Acido clavulanicoSANDOZ BV, Almere, Paesi BassiRVG 29725Contenente 500 mg di Amoxicillina e 50 mg di acido clavulanico (in polvere)
HiBiScrubMö Inlycke Health Care AB., Utrecht, Paesi BassiRVG 10156Digluconato di clorexidina 40 mg/ml (500 ml)
Clorexidina 0,5% in alcol 70%  Spray (magneta)AGGIUNTA PHARMA, Oss, Paesi BassiROL. 1642783Clorexidina 0,5% in alcol 70%  spray (250ml)
Cisatracurio 2mg/ml Hameln Pharma GmbH, Hameln, Germania92667161 ml  Contiene: Cisatracurio besilato 2,68 mg (equivalente a 2 mg di cisatracurio)

Riferimenti

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