Tecnica chirurgica per l'impianto di un disco intervertebrale artificiale biomimetico in un modello animale di capra
10 ottobre 2025
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.
Questo studio presenta una tecnica chirurgica innovativa per l'impianto di un disco intervertebrale artificiale biomimetico chiamato BioAID. Il BioAID incorpora un nucleo viscoelastico, una guaina in fibra di trazione, piastre terminali in titanio stampate in 3D e strumenti unici per la sostituzione dei dischi. Per cominciare, posizionare l'animale anestetizzato sul tavolo operatorio e eseguire un'incisione cutanea ventrale della linea mediana.
Disseziona il sottocute e il muscolo platisma. Separare e ritrarre i muscoli addominali dello sternohioideo e dello sternomastoideo nella linea mediana. Successivamente esegui una dissezione contusiva sul lato destro della trachea e ritrai delicatamente la trachea con l'esofago verso il lato sinistro.
Ora, ritrai lateralmente la guaina carotide destra verso il lato destro. Identificare la sesta vertebra cervicale palpando i grandi processi trasversali sinistro e destro che si estendono lateralmente-ventralmente. Palpare il processo ventrale singolare della quinta vertebra cervicale nella linea mediana.
Successivamente, identifica il processo ventrale singolare della quarta vertebra cervicale. Separare in modo diretto i muscoli longi del colle per esporre le superfici ventrali del quarto e quinto corpo vertebrale cervicale. Utilizzare due retrattori Gelpi auto-contenenti per retraire il ventre lungo del colle e localizzare lo spazio del disco C4 e C5 immediatamente caudale al processo spinoso ventrale della quarta vertebra cervicale.
Poi esegui una discectomia parziale limitata con un coltello da casto. Successivamente, posiziona dei segni sulla linea mediana a metà strada tra i corpi vertebrali C4 e C5 per l'applicazione del distraente di Caspar. Usando una punta da due millimetri attaccata a un trapano a bassa velocità, fai un foro pilota sui segni, progrediendo attraverso la corteccia cis fino all'osso cancelloso.
Inserire due fili K da 2,5 millimetri nei fori pilota usando un trapano a bassa velocità. Ora, usa la fluoroscopia per confermare la corretta posizione dei fili K, l'allineamento con lo spazio dei dischi C4 e C5 e l'assenza di coinvolgimento della corteccia trans. Poi collega il distrettore vertebrale di Caspar ai fili K sui corpi vertebrali C4 e C5.
Usa una pinza Spinal Curette e una pinza Chevalier Jackson per svuotare completamente la porzione centrale dorsoventrale della linea mediana del disco intervertebrale. Debrida con cura le placche terminali cartilagine usando una Scoville Disc Curette. Successivamente, inserire il disco di prova senza chiglia per valutare la corretta posizione del disco artificiale e confermare la posizione tramite fluoroscopia.
Poi rimuovi il disco di prova senza chiglie. Collega la guida della sega al supporto e inseriscila nello spazio preparato. Dopo aver confermato l'inserimento corretto della guida della sega, scollega e rimuovi il portaseghe.
Allinea una lama di sega spessa 0,6 millimetri con la cresta vertebrale ventrale mediana di C4 e C5 nella fessura aperta della guida della sega e inizia a segare con una segatrice oscillante. Smetti di segare quando la lama tocca il lato dorsale chiuso in titanio della fessura. Con la lama della sega inserita, esegui la fluoroscopia.
Successivamente, ricollega il portaseghe alla guida della sega e rimuovi con cura la guida mantenendo la distrazione con il retrattore Caspar. Inserisci il disco di prova con le chiglia nello spazio del disco e assicurati di posizionarlo correttamente. Usa la fluoroscopia per confermare l'allineamento.
Rimuovi il disco di prova con le chiglie e smonta il dispositivo a disco artificiale. Ora, premi il lato ventrale della guaina in fibra artificiale del disco contro il portadischi dell'inserto del disco e spingi il disco artificiale nello spazio del disco preparato. Utilizzare la fluoroscopia per confermare la corretta posizione e la posizione dei dischi artificiali delle chiglie dorsale e ventrale sia sul lato cranico che caudale.
Poi rilascia la distrazione sul distratore Caspar. Successivamente, rimuovere il distractor Caspar e i fili K da 2,5 millimetri. Con una bava da uno a due millimetri ad alta velocità, si crea un foro rotondo di diametro di cinque millimetri all'interno della fessura ventrale caudale su C4 e cranialmente su C5. Infine, prepara il cemento osseo secondo le istruzioni del produttore.
Applica il cemento osseo nei fori dei canali e lascia asciugare per circa 10 minuti. Usa due piastre di titanio da due millimetri con tre fori per coprire i canali cementati e fissa ciascuna piastra con due viti di chiusura da due millimetri. L'impianto in vivo del disco artificiale ai livelli C4 e C5 nelle capre ha mostrato una posizione accurata e una stabilità immediata, come confermato dall'imaging intra e postoperatorio.
La tomografia computerizzata ha permesso visioni multiplanari che hanno confermato il corretto allineamento del disco artificiale con lo spazio del disco intervertebrale e le placche terminali vertebrali, il ripristino dell'altezza del disco e la preparazione simmetrica dei canali della chiglia. La fluoroscopia di controllo a 24 ore e 21 giorni dall'impianto ha confermato che i dischi artificiali mantenevano la posizione e l'integrità delle vertebre circostanti. La nostra ricerca sulla sostituzione del disco fornisce un protocollo di impiantamento sicuro per un disco artificiale biomimetico, dimostrando fissazione sicura e rapido recupero.
Le future ricerche su questo nuovo disco artificiale si concentreranno sull'osseointegrazione, la stabilità dell'impianto, la risposta tissutale e le prestazioni biomeccaniche a lungo termine.
Panoramica
Questo studio presenta una nuova tecnica chirurgica per l'impianto di un disco intervertebrale artificiale biomimetico chiamato BioAID. Il metodo mira a ripristinare la funzione della colonna vertebrale cervicale utilizzando un modello caprino, mostrando potenzialità per applicazioni cliniche sia in pazienti umani che canini.
Componenti Chiave dello Studio
Area della Scienza
- Neurochirurgia
- Biomeccanica
- Ortopedia
Sfondo
- La degenerazione del disco intervertebrale può portare a mielopatia della colonna cervicale.
- Le attuali opzioni di trattamento potrebbero non garantire un'adeguata stabilità o il ripristino della funzionalità.
- I dischi artificiali biomimetici offrono una possibile soluzione per la sostituzione del disco.
- Questo studio esplora una nuova tecnica chirurgica per l'implantazione.
Scopo dello studio
- Sviluppare un metodo chirurgico affidabile per l'impianto del BioAID.
- Valutare la stabilità e la precisione del posizionamento del disco artificiale.
- Valutare il potenziale di applicazione clinica in diverse popolazioni di pazienti.
Metodi Utilizzati
- Utilizzo di un modello caprino per l'implantazione in vivo.
- Protocollo chirurgico dettagliato, comprese tecniche di dissezione e di posizionamento.
- Fluoroscopia e tomografia computerizzata per imaging e verifica.
- Valutazione del posizionamento e della stabilità del disco dopo l'implantazione.
Risultati principali
- Il BioAID è stato posizionato con precisione e con stabilità immediata.
- Le immagini postoperatorie hanno confermato un allineamento corretto e il ripristino dell'altezza del disco.
- Le valutazioni di follow-up hanno mostrato un mantenimento della posizione del disco artificiale.
- La tecnica ha dimostrato una fissazione sicura e un recupero rapido.
Conclusioni
- Questa nuova tecnica chirurgica per l’impianto di BioAID è promettente.
- Le future ricerche si concentreranno sulle prestazioni a lungo termine e sulla risposta dei tessuti.
- Lo studio fornisce una base per ulteriori esplorazioni dei dischi biomimetici.
Domande frequenti
Rilevanza Industriale del Contenuto
L'integrazione stabile di dischi intervertebrali artificiali biomimetici rappresenta una sfida fondamentale nella ricerca traslazionale sulla colonna vertebrale, influenzando direttamente l'affidabilità predittiva delle prestazioni del dispositivo e la sicurezza a lungo termine. Questo protocollo chirurgico in un modello caprino affronta la stabilità primaria e l'osteointegrazione, fornendo indicazioni per la riduzione dei rischi e la valutazione della fattibilità nei dispositivi di artroprotesi discale di nuova generazione. L'approccio supporta le decisioni strategiche offrendo un flusso di lavoro preclinico riproducibile per la valutazione del design dell'impianto e della metodologia chirurgica.
Applicazioni Strategiche nella Ricerca e Sviluppo in Biopharma
Scoperta Precoce e Validazione del Target
- Consente la riduzione del rischio meccanicistico dei design dei dischi biomimetici mediante la valutazione della stabilità in vivo.
- Permette la validazione funzionale delle caratteristiche di osteointegrazione in un modello animale rilevante per la patologia.
- Fornisce una piattaforma per il perfezionamento iterativo dei materiali degli impianti e delle strategie di fissazione.
Sviluppo di screening e saggi
- Stabilisce un flusso di lavoro chirurgico standardizzato per studi riproducibili sull'innesto di dispositivi.
- Facilita la valutazione quantitativa, basata su immagini, del posizionamento e della stabilità dell'impianto.
- Permette lo screening di biomateriali alternativi o di metodi di fissazione in un contesto controllato.
Ricerca Translazionale e Preclinica
- Allinea la selezione dei modelli preclinici agli obiettivi traslazionali per l'artroplastica del disco nell'uomo e negli animali.
- Supporta la continuità dal concetto del dispositivo fino alla valutazione preclinica della sicurezza e delle prestazioni.
- Fornisce una base per futuri studi sugli esiti a lungo termine dell'osteointegrazione e delle proprietà biomeccaniche.
Integrazione di Pipeline e Flusso di Lavoro
Questo protocollo colloca il modello caprino come ponte tra la progettazione del dispositivo e la validazione preclinica, sostenendo la transizione dalla scoperta iniziale all'identificazione di composti promettenti e alla ricerca traslazionale.
- Biologia della Scoperta: Convalida le interazioni tra impianto e tessuto e la fissazione primaria in un contesto anatomico rilevante.
- Screening: Fornisce endpoint riproducibili e confermati mediante imaging per la valutazione del posizionamento del dispositivo e del rischio di migrazione.
- Analisi: Utilizza fluoroscopia e tomografia computerizzata per generare dati quantitativi utilizzabili in confronti tra studi diversi.
- Ricerca Translazionale: Permette un avanzamento mirato dei design dei dischi verso la valutazione clinica, corretto per i rischi.
- Riutilizzo Aziendale: Offre un flusso di lavoro modulare adattabile ad altre tecnologie di impianti spinali.
Impatto Operativo ed Aziendale
- Valore scientifico: Aumenta la fiducia predittiva nella stabilità dell'impianto e nei meccanismi di integrazione.
- Valore operativo: Standardizza i protocolli chirurgici e di imaging per garantire la riproducibilità tra studi.
- Valore strategico: Fornisce indicazioni per decisioni di avanzamento o interruzione dello sviluppo del dispositivo sulla base di dati precoci di stabilità.
- Impatto sul portafoglio: Supporta la priorizzazione basata sul rischio dei candidati al disco biomimetico per ulteriori sviluppi.
Considerazioni sull'Implementazione
- Richiede competenze chirurgiche nei modelli animali e accesso a modalità di imaging avanzate.
- Richiede capacità di strumentazione personalizzata e di fabbricazione di impianti.
- Necessita di una rigorosa standardizzazione del protocollo tra team diversi per garantire la riproducibilità.
- L'adattamento ad altre specie o livelli del disco potrebbe richiedere modifiche al protocollo.
- La valutazione della osteointegrazione a lungo termine e della validazione biomeccanica rimane una necessità futura.
