麻酔、手術および収縮法を用いた経肛門用ねじの評価インビボ豚の腰椎モデル
2017年5月31日
ここでは、 インビボでのブタの腰椎モデルを用いて経椎骨のネジを評価する方法を紹介する。
この外科的介入の全体的な目標は、in vivo ブタ腰椎モデルを使用して経椎弓根スクリューを評価することです。この方法は、椎弓根のねじの緩みなど、脊椎のそのような合併症に関する重要な質問に答えるのに役立ちます。この手法の主な利点は、さまざまなタイプのネジの長期安定性を比較できることです。
生後12か月のミニチュアブタを実験ユニットで少なくとも1週間維持します。この称賛期間の後、各豚に臨床検査を行い、呼吸数、心拍数、体温を測定します。麻酔の前に、豚を12時間飢餓状態にします。
ブタを鎮静させるには、耳の後ろの外側頸部筋肉領域にアトロピンを注射します。鎮静したら、耳の付け根に手を回してから、アルコールで耳をきれいにします。次に、針の上にプラスチックカテーテルを耳の静脈に挿入します。
次に、カテーテルをヘパリン化生理食塩水で洗い流し、テープで固定します。次に、カテーテルを介してケタミンとキシラジンを使用して麻酔を誘発します。ブタを挿管するには、ブタを胸骨の横臥位に配置します。
そして、アシスタントの助けを借りて、適切なスリングを使用して顎を開いたままにします。次に、喉頭鏡の先端を咽頭腔に通して、喉頭蓋を軟口蓋から変位させます。挿管されたら、両方の肺の呼吸を聞きます。
次に、10ミリリットルの注射器を使用して気管内チューブのカップに空気を入れ、粘着テープを使用してチューブを鼻に固定します。次に、チューブを通して2%イソフルランの供給を開始します。次に、ブタの角膜反射と眼瞼反射をテストして、麻酔の手術面を確認します。
次に、目に軟膏を塗り、バイタルサインモニターを設置し、少なくとも5分ごとにチェックする必要があります。手術の30分前に、耳の静脈カテーテルを介してセファゾリンのボーラスを提供します。次に、IVラインを切り替えて、疼痛管理のために摂氏37度の生理食塩水とフェンタニルを投与します。
まず、豚の背中を正中線の両側に10センチ剃ります。次に、ポビドンヨウ素溶液と70%エタノールを交互にスクラブして肌をきれいにします。次に、腰椎の2番目の棘突起から最初の正中仙骨稜まで縦方向の正中線切開を行います。
次に、皮下組織と筋膜を通して棘突起の先端まで解剖します。次に、コブエレベーターを使用して、傍脊髄筋を下にある椎弓板から骨膜下まで持ち上げます。次に、棘突起に沿って解剖し、ファセットジョイントで椎弓板を解剖します。
L3からL5への乳頭突起にわずかに劣る入口点で、バリまたはロンゲールを使用して表在皮質を開きます。次に、ガイドペンを上端板と平行に、棘突起に対して20度の角度で挿入します。次に、後部前方の横方向のX線を撮影して、椎弓根ネジの挿入点を定義します。
次に、最大25ミリメートルの椎弓根プローブを挿入し、サウンディングデバイスと触診を使用して完全な骨内軌道を確認します。次に、6本の椎弓根ネジを挿入します。ネジの頭がしっかりと固定されていることを確認してください。
サイトの開口部の向きと、ロッドと一直線に並ぶ必要がある水平位置に注意してください。次に、2本のロッドを椎弓根のネジ頭の両側に挿入します。次に、ネジの頭にスリーブとナットを取り付けます。
まず、ストレートソケットレンチでナットを緩く締め、次にカウンタートルクレンチでナットを締めます。次に、X線を使用して椎弓根ネジの位置を確認します。サイトを閉じる準備ができたら、3リットルの生理食塩水で灌漑します。
次に、シリコンドレンを取り付けて、シリコンチップを取り出します。次に、吸収性縫合糸を使用して傍脊髄筋と皮下組織を閉じ、次に非吸収性ナイロン縫合糸で皮膚を閉じます。縫合後、ポビドンヨードで部位を消毒し、包帯を塗布します。
強い嚥下反射が明らかになったら、豚を抜管して回復室に移します。.完全に意識が溜まったら、豚に餌と水を与え、ゲートパターンを確認します。後肢の動きをモニターしてインプラントを評価し、3日間鎮痛剤を提供します。
着床後12週間で、ブタを安楽死させます。脊椎切片を採取するには、前の手術の瘢痕レギオンで縦方向の正中線切開を行います。次に、軟部組織と傍脊髄筋を解剖して、インプラントをL3からL5に完全に露出させます。次に、カウンタートルクレンチを使用してナットを取り外します。
そして、ロッドを取り外します。次に、揺動のこぎりを使用して、L2-3ディスクスペースとL5-S1ディスクスペースをカットします。次に、L3-5脊椎の中央部と前部の両方の部位をコブエレベーターとタワー鉗子で解剖します。
脊椎切片をすぐに分析できない場合は、摂氏マイナス20度で生理食塩水を染み込ませたガーゼに保管してください。椎弓根スクリューと骨との接着強度は、3種類のスクリューについて評価した。コーティングなし、ハイドロキシアパタイトコーティング、チタンコーティング。
主な抽出ねじりピークトルク、または接着強度は、チタンコーティングされた椎弓根ねじで最大でした。関心領域は、骨体積分率、骨表面密度、および特定の骨表面を分析するためのマイクロCTプログラムによって評価できます。Goldnerトリクロームで脊椎切片をスキャンすると、椎弓根スクリューと骨の間の界面が表示されます。
線維組織は赤く、骨は青です。コーティングされていない椎弓根スクリューを使用した場合、界面には線維性組織のみが観察されました。しかし、両方のタイプのコーティングされたスクリューの界面に新たな骨形成が見つかりました。
チタン被覆茎ねじでは、骨のねじ山との間の空間が完全に圧縮されていることさえ観察された。このテクニックは、一度マスターすれば、適切に実行すれば3時間で完了します。この手順を試みるときは、椎弓根のネジの適切な配置に焦点を当てて、椎弓根の誤配置を防ぐことが重要です。
その開発後、この技術は、脊椎手術の分野の研究者が骨粗鬆症患者の椎弓根スクリューの緩みを調査する道を開きました。
完全なトランスクリプトを表示し、数千本の科学動画にアクセス
概要
本研究では、豚の腰椎in vivoモデルを用いて経椎弓根スクリューを評価する方法を紹介します。この手法は、椎弓根スクリューの緩みに伴う合併症に対処し、さまざまなスクリュータイプの長期的な安定性を評価することを目的としています。
研究の主要構成要素
科学分野
- 神経科学
- 整形外科
- バイオメカニクス
背景
- 経椎弓根スクリューは、脊椎手術で一般的に使用されています。
- スクリューの安定性を理解することは、手術を成功させるために不可欠です。
- in vivoモデルは、長期的な転帰に関する貴重な知見を提供します。
- 豚モデルは、人間と解剖学的な類似性があるため、有用です。
研究目的
- 経椎弓根スクリューの性能を評価すること。
- 異なるスクリュータイプの長期的な安定性を比較すること。
- スクリューの緩みなどの合併症を調査すること。
使用方法
- in vivo試験におけるブタ腰椎モデルの使用。
- 手術前のミニチュアピッグの臨床検査。
- 呼吸数および心拍数を含むバイタルサインのモニタリング。
- 麻酔前12時間の絶食によるブタの準備。
主な結果
- 定義された期間におけるスクリュー安定性のデータ。
- 異なるスクリュータイプの比較分析。
- スクリュー弛みの発生率に関する知見。
- 今後の研究に向けた信頼性の高い評価法の確立。
結論
- 豚モデルは、経椎弓根スクリューの評価に有効である。
- 本手法は、外科的実践に知見を与え、治療成績を向上させることができる。
- 得られた知見に基づき、スクリューの設計を洗練させるためのさらなる研究が必要である。
よくある質問
産業界における重要性
本手法は、整形外科的デバイス開発における主要な課題であるペディクルスクリューの長期安定性を評価するための、脊椎インプラント固定の前臨床モデルを提供します。生理学的に関連性のある大型動物システムを用いてスクリュー設計の比較分析を可能にすることで、脊椎バイオロジクスおよびインプラント材料の標的検証におけるメカニズム的なリスク低減と予測精度の向上を支援します。このアプローチは、骨とインプラントの界面品質を定量化し、デバイス開発パイプラインにおける後期の生物学的リスクを軽減することで、初期探索段階における意思決定（go/no-go決定）に有用な情報を提供します。
バイオ医薬品研究開発における戦略的応用
初期創薬探索およびターゲットバリデーション
- 科学的価値：骨とインプラントの統合および固定安定性に関する治療仮説の検証を可能にする。
- 運用的価値：スクリューと組織の界面組織学および機械的結合強度の直接評価を通じて、生物学的なリスク低減を支援する。
- 予測的価値：スクリューのコーティングや設計によるオッセオインテグレーション能を比較することで、ポートフォリオの選別を促進する。
スクリーニングおよびアッセイ開発
- アッセイの準備： 生理的負荷条件下でのインプラント性能を後続で評価するため、検証済みの生物学的システムを調製します。
- 定量的出力： ねじれピークトルク、骨体積分率、およびmicro-CTによる骨表面密度を含む、測定可能なエンドポイントを算出します。
- 再現性： 手術準備、インプラント挿入、および回収の手順を標準化し、研究間での比較およびプラットフォームの再利用を可能にします。
トランスレーショナル・前臨床研究
- 疾患への関連性：ヒト腰椎のバイオメカニクスをモデル化し、発見から前臨床検証までのトランスレーショナルな連続性をサポートします。
- メカニズムによるリスク低減：インプラント界面における線維組織の形成と骨内方成長などの不具合モードを明確にします。
- リスク調整後の進展：コーティング済みスクリューと未コーティングスクリューの固定強度の差を定量化することで、開発進展に関する意思決定に情報を提供します。
パイプラインおよびワークフローの統合
本手法は、発見から前臨床に至る一連のプロセスに適合し、特に固定安定性の定量的な組織学的評価を提供することで、脊椎インプラント技術のリード同定および前臨床検証段階を可能にします。
- 探索生物学： インプラントと組織の相互作用に関する仮説検証および、オッセオインテグレーション（骨結合）メカニズムの経路解明を支援します。
- スクリーニング： 標準化された外科的埋入と一貫した術後モニタリングにより、アッセイの即応性を実現します。
- 分析： 抽出時の最大ねじれトルクや、micro-CTから得られる骨形態計測などの定量的リードアウトを提供し、条件間の比較分析を可能にします。
- トランスレーショナルリサーチ： 長期的な埋入と最終的な回収による界面分析を通じて、前臨床段階への連続性を確保します。
- エンタープライズ再利用： 探索的キャンペーンにおいて、複数のインプラント設計を評価するための再利用可能な基盤を構築します。
運用および企業への影響
- 科学的価値： インプラント安定性の予測信頼度の向上、骨・インプラント界面におけるメカニズム的な曖昧さの解消。
- 運用上の価値： 外科的手法の標準化、再現可能な採取、およびスケーラブルな組織処理。
- 戦略的価値： go/no-go判断の改善、前臨床試験における資本効率の向上、後期段階での失敗リスクの低減。
- ポートフォリオへの影響： 固定強度およびオッセオインテグレーション（骨結合）データに基づく、リスクベースのインプラント候補の優先順位付け。
実施上の検討事項
- 大型動物の手術、脊椎解剖学、および術後ケアに関する専門知識が必要です。
- 麻酔導入装置、術中イメージング（X線）、および手術器具（バー、トルクレンチ、オスシレーティングソー）が必要です。
- 一貫した結果を得るため、外科、イメージング、および組織学の各チーム間での標準化が求められます。
- 適応上の検討事項として、ブタと他の大型動物の脊椎システムのモデル特有の調整が含まれます。
- 実用上の制限として、インプラント期間が12週間であることと、最終的にサンプリング（terminal harvest）が必要であることが挙げられ、エンドポイント以降の縦断的なin vivoイメージングは不可能です。
