Methodenartikel

Chirurgische techniek voor de implantatie van een biomimetische kunstmatige tussenwervelschijf in een diermodel van een geit

1.2K weergaven

⸱

DOI:

10.3791/68623

⸱

10 oktober 2025

 ,  ,  ,  ,  ,  , 
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 dit artikel

Samenvatting

Deze studie presenteert een nieuwe chirurgische techniek voor het implanteren van een biomimetische kunstmatige tussenwervelschijf (BioAID). De methode zorgt voor een nauwkeurige plaatsing en stabiliteit, met als doel de functie van de cervicale wervelkolom te herstellen met behulp van een geitenmodel. Deze techniek is veelbelovend voor klinische toepassing bij zowel menselijke als hondenpatiënten die lijden aan myelopathie van de cervicale wervelkolom.

Samenvatting

Cervicale schijfartroplastiek (CDA) is naar voren gekomen als een chirurgische oplossing voor patiënten met degeneratieve compressieve cervicale myelopathie, maar heeft te maken met beperkingen, met name bij het bereiken van een stabiele integratie. Een van de belangrijkste uitdagingen bij de huidige kunstmatige schijven is het risico op migratie en dislocatie als gevolg van onvoldoende osseo-integratie met de aangrenzende wervels. Hoewel CDA een gevestigde behandeling is in de menselijke geneeskunde, worden honden met cervicale myelopathie routinematig behandeld met decompressieve operaties. In de diergeneeskunde is er bijzondere belangstelling voor innovatieve therapieën, zoals schijfartroplastiek. Onlangs is een nieuwe biomimetische kunstmatige tussenwervelschijf (BioAID) ontwikkeld. Deze kunstmatige schijf repliceert de belangrijkste kenmerken van de natuurlijke schijf, met een visco-elastische kern en een omhulsel van trekvezels die respectievelijk de nucleus pulposus en annulus fibrosus nabootsen. Titanium eindplaten met kielen zorgen voor een veilige fixatie en de vezelmantel vergemakkelijkt osseo-integratie met de aangrenzende wervels om het risico op migratie in de loop van de tijd te minimaliseren. Aangezien geiten een veelgebruikt en gemakkelijk beschikbaar diermodel zijn voor onderzoek naar de wervelkolom, presenteert deze studie een uitgebreide, praktische gids (inclusief het ontwerp en de fabricage van het implantaat, de selectie en rekrutering van proefdieren, preoperatieve behandeling, anesthesieprotocollen en postoperatieve zorg) voor de implantatie van het kunstmatige schijfapparaat in de cervicale wervelkolom van de geit. Er wordt een gedetailleerde, stapsgewijze chirurgische methodologie aangereikt, samen met het ontwerp van op maat gemaakte chirurgische instrumenten en het gebruik van beeldvormingstechnieken die zowel intra- als postoperatief nodig zijn. Deze aanpak slaat een brug tussen experimenteel onderzoek en klinische toepassing. De chirurgische ingreep werd met succes uitgevoerd bij vier geiten, waarbij na implantatie gedurende 21 dagen werd bevestigd dat er geen migratie of complicaties waren. Deze bevindingen suggereren dat de implantatietechniek zorgt voor primaire stabiliteit, wat de haalbaarheid ervan voor verdere evaluatie ondersteunt. Toekomstige studies zijn nodig om osseo-integratie op lange termijn en biomechanische prestaties te beoordelen voordat deze benadering wordt vertaald naar klinische toepassingen bij zowel mensen als honden.

Inleiding

Wereldwijd is nekpijn de vierde meest voorkomende oorzaak van invaliditeit, die jaarlijks meer dan 30% van de mensen treft1. Hoewel nekpijn vaak in verband wordt gebracht met veroudering en degeneratieve veranderingen, kan nekpijn ook optreden bij jongere personen en honden als gevolg van genetische factoren, levensstijlgewoonten en biomechanische spanning. Hoewel nekpijn het gevolg kan zijn van verschillende factoren, is ziekte van de tussenwervelschijf (IVD) een van de belangrijkste oorzaken, vooral vanwege zijn rol bij het comprimeren van neurale structuren.

In de cervicale wervelkolom leidt IVD-ziekte tot compressieve cervicale myelopathie (CCM), een algemeen erkende spinale aandoening die zowel mensen als honden treft 2,3. Bij mensen manifesteert CCM zich als nekpijn, gevoelloosheid en motorische disfunctie2. Evenzo zijn grote hondenrassen zoals Duitse Doggen en Dobermann Pinschers vatbaar voor cervicale spondylomyelopathie (CSM), algemeen bekend als het Wobbler-syndroom. CSM omvat compressie van het ruggenmerg als gevolg van uitsteeksels van de tussenwervels, veranderingen van het wervelbot, wervelinstabiliteit en degeneratieve veranderingen in ligamenten en facetgewrichten. Samen veroorzaken deze factoren compressie van het ruggenmerg en de zenuwwortel, wat leidt tot de klinische symptomen zoals een ongecoördineerde gang, vooral in de achterpoten, samen met zwakte die zich kan ontwikkelen naar de voorste ledematen. Honden kunnen nekpijn, stijfheid en terughoudendheid om hun hoofd te laten zakken vertonen, waarbij ze vaak ongemak vertonen bij palpatie 4,5. De meest gediagnosticeerde vorm van het Wobbler-syndroom bij honden is schijf-geassocieerde CSM, die voornamelijk de segmenten C4-C5, C5-C6 en C6-C7 aantast6.

Over het algemeen reageren patiënten bij mensen en honden die lijden aan respectievelijk schijfgerelateerde CCM en CSM goed op conservatieve medische behandeling, aanpassingen van levensstijl en fysiotherapie. Menselijke en veterinaire patiënten met gevorderde, degeneratieve vormen van IVD-ziekte waarbij significante compressie van neurale structuren niet langer reageert op conservatieve strategieën, worden operatief behandeld 7,8. Conventionele chirurgische technieken voor cervicale myelopathie, zoals decompressie- en afleidingsstabilisatieprocedures (spinale fusie) worden vaak gebruikt om neurale compressie te verlichten en de stabiliteit van de wervelkolom te herstellen 9,10. Hoewel deze chirurgische behandelingen pijn effectief kunnen verlichten, slagen ze er niet in de functie van de wervelkolom te herstellen en resulteren ze vaak in versnelde degeneratie of volledige immobilisatie van het aangetaste ruggenmergsegment. Bovendien is spinale fusie in verband gebracht met de ontwikkeling van aangrenzende segmentziekte (ASS), aangezien immobilisatie van de gefuseerde segmenten kan leiden tot verhoogde mechanische belasting en versnelde degeneratie op aangrenzende niveaus. Niettemin blijft deze associatie een onderwerp van voortdurende discussie in de literatuur 9,11.

In de afgelopen twee decennia is het vervangen van de tussenwervelschijf (IVD), bekend als cervicale schijfartroplastiek (CDA), met behulp van een kunstmatige schijfprothese, gebruikt om de mobiliteit van het segment te behouden en is het een gevestigde optie geworden in de klinische praktijk bij de mens na goedkeuring door de FDA in het begin van de jaren 200012. In de preklinische fase is discusartroplastiek uitgebreid onderzocht met behulp van experimentele diermodellen zoals geiten, schapen en honden 13,14,15. Tot op heden is de veterinaire toepassing van CDA bij honden zeldzaam en ontbreken vervolgstudies op lange termijn. Hoewel enkele studies hebben gemeld dat er kunstmatige schijven zijn ontwikkeld om de mobiliteit van het segment bij honden te behouden16,17, wijst recent bewijs van Falzone et al. (2022) op belangrijke beperkingen. Hun bevindingen toonden een hogere incidentie en ernst van verzakking aan bij honden die werden behandeld met kunstmatige schijven (Adamo-schijf) in vergelijking met honden die afleidingsfixatie ondergingen. Klinische verslechtering en de noodzaak van revisiechirurgie kwamen ook vaker voor bij de dieren die werden behandeld met Adamo kunstmatige schijven, wat aanleiding gaf tot bezorgdheid over de biomechanische prestaties op lange termijn18.

Hoewel CDA is goedgekeurd voor gebruik bij mensen en er nu verschillende generaties kunstmatige schijven beschikbaar zijn, maken verschillende beperkingen deze techniek uitdagend, vooral voor jongere patiënten die langdurige implantaatstabiliteit nodig hebben19. De meest kritieke problemen zijn migratie, verplaatsing en verzakking van de kunstmatige schijf20. Daarom is er een nieuwe kunstmatige schijf (BioAID) ontwikkeld op basis van het uitgangspunt dat het nabootsen van de natuurlijke structuur en biomechanica van de IVD kan helpen om fysiologische belastingspatronen te behouden en het risico op verstoring van het aangrenzende ruggenmergsegment te verminderen.

In deze biomimetische kunstmatige IVD (BioAID) wordt de nucleus pulposus (NP) van de natuurlijke IVD gesimuleerd door een visco-elastische binnenkern, de annulus fibrosus (AF) wordt vertegenwoordigd door een spanningsbestendige polyethyleen vezelmantel van polyethyleen met ultrahoog moleculair gewicht (UHMWPE), en de verbinding tussen de IVD en aangrenzende wervels wordt gerepliceerd door titanium eindplaten met kielen die zorgen voor stabiliteit, verankering en weerstand tegen migratie. Om de functionaliteit ervan te evalueren, vertrouwt het implantaat op toegang tot het ventrale aspect van de nek, verwijdering van de IVD en het gebruik van gespecialiseerde chirurgische instrumenten die speciaal zijn ontworpen voor implantatie van kunstmatige schijven. Een op maat ontworpen chirurgische aanpak, samen met deze gespecialiseerde chirurgische instrumenten, is noodzakelijk vanwege de unieke structurele en functionele kenmerken van de kunstmatige schijf, waardoor deze zich onderscheidt van conventionele CDA-systemen. Met als doel de techniek te vertalen naar klinisch gebruik bij zowel menselijke als veterinaire patiënten, biedt dit werk een gedetailleerde handleiding voor kunstmatige schijfimplantatie, waarin de chirurgische planning en methode op C4-C5 IVD-niveau in een geitenmodel wordt geschetst - een dier dat vaak wordt gebruikt in spinaal onderzoek vanwege zijn anatomische relevantie en toegankelijkheid.

De biomimetische kunstmatige IVD is ontworpen om de structuur en functie van de natuurlijke schijf na te bootsen (Figuur 1A,B). Het oorspronkelijke ontwerp van dit implantaat (zie de TABEL MET MATERIALEN) bestond uit een gelatineuze zwellende hydrogel die de nucleus pulposus simuleert, een polyethyleen (UHMWPE) membraan met ultrahoog moleculair gewicht dat de hydrogelkern omarmde, een met hydroxyapatiet gecoate UHMWPE-vezelmantel met hoge treksterkte die de AF vertegenwoordigt, en 3D-geprinte titanium eindplaten met kielen (Figuur 1C) die de schijf aan de aangrenzende wervels bevestigen. Biomechanische evaluatie van het oorspronkelijke ontwerp van deze nieuwe kunstmatige schijf toonde aan dat deze het kinematische gedrag van de vervangen tussenwervelschijf21 kan nabootsen. In de meest recente versie van dit implantaat is de hydrogel binnenkern vervangen door een visco-elastisch materiaal (polycarbonaat polyurethaan (PCU) (Figuur 1D). Het implantaat van de kunstmatige schijf onderging eerst een plasma-etsbehandeling en vervolgens sterilisatie met behulp van de ethyleenoxide (EO) gassterilisatiemethode (zie de MATERIAALTABEL) en getest op steriliteit met behulp van aërobe/anaërobe bacteriegroei (ABG) analyse.

figure-introduction-1
Figuur 1: Het ontwerp van het implantaat van de kunstmatige schijf. (A) Schematische dwarsdoorsnede van het implantaat van de kunstmatige schijf. (B) Echte beelden van het implantaat van de kunstmatige schijf. (C) Titanium eindplaatontwerp met bijbehorende afmetingen. (D) Schematische weergave van visco-elastische binnenkern. Aangepast van Jacobs et al. (2023)21 met wijzigingen. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

Tijdens het onderzoek werden verschillende beeldvormingsmodaliteiten gebruikt om een nauwkeurige planning, begeleiding en evaluatie van de plaatsing van implantaten te garanderen. Preoperatieve beeldvorming was van cruciaal belang voor het beoordelen van anatomische structuren en het verifiëren van de geschiktheid en pasvorm van het implantaat. Intraoperatieve beeldvorming hielp bij nauwkeurige chirurgische uitvoering en postoperatieve beeldvorming werd gebruikt om de positionering en uitlijning van het implantaat te verifiëren. Alle beeldvormingsprocedures werden uitgevoerd in overeenstemming met de richtlijnen van de instelling en de stralingsveiligheidsvoorschriften.

Preoperatieve radiografische beeldvorming werd uitgevoerd met digitale röntgenapparatuur (zie de MATERIAALTABEL) om anatomische structuren te analyseren en de grootte van de IVD-ruimte te bepalen, die nodig is voor preoperatieve planning. Standaard ventrodorsale en laterale röntgenfoto's werden gemaakt met de juiste positionerings- en belichtingsinstellingen om de beste beeldkwaliteit te bieden. Tijdens de operatie werd een C-boog fluoroscopie-apparaat (zie de TABEL MET MATERIALEN) gebruikt om de procedure te begeleiden en de juiste plaatsing van het implantaat te bevestigen. Een CT-scanner met hoge resolutie (zie MATERIAALTABEL) werd gebruikt om de postoperatieve plaatsing van het implantaat en de anatomische uitlijning te beoordelen. Voor gedetailleerd onderzoek werden axiale beelden met dunne plakjes verkregen, waardoor multiplanaire reconstructie en driedimensionale visualisatie mogelijk waren. Om een nauwkeurige beoordeling van de postoperatieve resultaten te garanderen, werd beeldanalyse uitgevoerd met behulp van gespecialiseerde software (zie de MATERIAALTABEL).

Om een handleiding te bieden voor implantatie van kunstmatige schijven, beschrijft het protocol de preoperatieve behandeling, anesthesie, chirurgische ingreep en postoperatieve zorg.

Protocol

Het project werd goedgekeurd door de Nationale Centrale Autoriteit voor Wetenschappelijke Dierproeven (CCD-nummer: AVD10800202114750-1) waarbij de dierprocedures zijn beschreven in een werkprotocol dat is goedgekeurd door de Lokale Welzijnsinstantie (14750-1-02), en twee kadavers van Nederlandse melkgeiten uit een niet-gerelateerde studie (CCD: AVD11500202216382) werden gebruikt om de implantatietechniek te testen. Om de implantatieprocedure in vivo te testen, werden vier Nederlandse vrouwelijke melkgeiten (82-105 kg, 3-5 jaar oud) gekocht bij een lokale fokker. De dieren werden gehuisvest in een groepsomgeving onder gecontroleerde omgevingsomstandigheden, waaronder gereguleerde temperatuur, vochtigheid en ventilatie. Ze hadden ad libitum toegang tot voedsel en water en werden behandeld in overeenstemming met de vastgestelde richtlijnen voor dierenwelzijn.

1. Ontwerp en productie van instrumenten

  1. Ontwerp en productie van de proef kunstmatige schijf
    1. Ontwerp een proefschijf met en zonder kielen (Figuur 2A, B) op basis van de grootte van kunstmatige schijfimplantaten. De proefschijf was 14 mm × 13 mm × 5 mm groot, wat overeenkomt met de afmetingen van het kunstmatige schijfimplantaat.
    2. Gebruik de gespecialiseerde software (zie de MATERIAALTABEL) om de proefschijf te ontwerpen, een versie zonder kielen en een versie met kielen, en verbind deze met een bevestigingsstang.
      OPMERKING: De op maat gemaakte kunstmatige schijfimplantaten die in dit onderzoek werden gebruikt, hadden vergelijkbare afmetingen van 14 mm × 13 mm × 5 mm. De twee versies van de proefschijf zijn ontworpen om aan verschillende chirurgische behoeften te voldoen: de versie zonder kielen wordt gebruikt voor het dimensioneren van de IVD-ruimte na discectomie, terwijl de versie met kielen zorgt voor de juiste creatie van kanalen in de eindplaat en dient als kielreiniger.
    3. Print de proefschijf van een titaniumlegering van medische kwaliteit (Ti6AI4V ELI grade 23) met behulp van selectieve lasersmelttechnologie met een directe metaalprinter (zie de MATERIAALTABEL).
    4. Nabewerking van de schijfproeven, inclusief handmatig polijsten en ultrasone reiniging (zie MATERIAALTABEL).
  2. Ontwerp en productie van de kunstmatige schijfzaaggeleider
    1. Scan de houder van de in de handel verkrijgbare ruggengraatkooi (zie MATERIAALTABEL) met de focus op de twee draadstangen die de kooi stevig vastgrijpen en verbinden met de houder (Figuur 2C).
    2. Ontwerp de zaaggeleidingskooi (15 mm x 14 mm x 5 mm), ontwerp een centrale gleuf (13 mm x 1 mm) voor de zaag, open aan de ventrale zijde en gesloten aan de dorsale zijde (Afbeelding 2C) die fungeert als zaagstop. Ontwerp twee compatibele inzetstukken met schroefdraad aan de ventrale zijde van de zaaggeleider die compatibel zijn met de houder met behulp van de gespecialiseerde software.
    3. Fabriceer de zaaggeleider door selectief lasersmelten van Ti6Al4V ELI grade 23, een gecertificeerde medische titaniumlegering, met behulp van een directe metaalprinter, geleverd door de implantaatfabrikant.
      OPMERKING: Alle implantatie-instrumenten werden gesteriliseerd met behulp van stoomautoclaveren bij een temperatuur van 134 °C gedurende 80 minuten (zie de MATERIAALTABEL).
    4. Ontwerp van de kunstmatige schijfinvoeger
      1. Ontwerp een inserter op basis van de kromming van het dorsale gebied van de kunstmatige schijf (Figuur 2D) en produceer deze met behulp van selectieve lasersmelttechnologie met een directe metaaldrukmachine die wordt bediend door de fabrikant van het implantaat.
        OPMERKING: De implantatieprocedure werd aanvankelijk uitgevoerd op halswervels van kadavergeiten om de haalbaarheid en de geschiktheid van de implantatieapparaten te bepalen. Na implantatie van het kadaver bevestigde radiografisch onderzoek de haalbaarheid van de procedure (aanvullende figuur S1). Het gedeelte over chirurgische ingreep in het in vivo geitenmodel bevat een volledig overzicht van het implantatieproces.

figure-protocol-1
Figuur 2: 3D-geprinte titanium implantatie-instrumenten voor het kunstmatig inbrengen van de schijf. (A) proef kunstmatige schijf zonder kielen, (B) proef kunstmatige schijf met kielen, (C) kunstmatige schijfzaaggeleider + houder, (D) kunstmatige schijfinbrenger. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

2. Preoperatieve behandeling en anesthesie

  1. Voer een algemeen onderzoek van de geiten uit vóór de anesthesie.
  2. Verdoof de geit volgens het onderstaande protocol (zie MATERIAALTABEL).
    1. Premedicatie: Vóór de anesthesie 0,01 mg/kg intraveneus dexmedetomidine als kalmerend middel toedienen
      OPMERKING: Met een beschikbare concentratie van 0,5 mg/ml varieerde het resulterende injectievolume van 1,64 ml tot 2,1 ml, afhankelijk van het gewicht van het dier.
    2. Om anesthesie op te wekken, injecteert u 2-4 mg/kg propofol intraveneus.
      OPMERKING: Propofol werd toegediend in een beschikbare concentratie van 20 mg/ml.
    3. Luchtwegbeheer: Intubeer het dier en handhaaf de anesthesie met ingeademd isofluraan en zuurstof.
    4. Gebruik infusie met constante snelheid (CRI) van propofol (10 mg/kg/min, IV), remifentanil (0,03 mg/kg/uur, IV) en cis-atracurium (0,09 mg/kg/uur, IV) om de anesthesie te behouden en analgesie en spierontspanning te bieden tijdens de operatie.
      OPMERKING: In deze studie werden cis-atracurium (2 mg/ml) en propofol (20 mg/ml) gebruikt als continue infusies. De uiteindelijke infusievolumes werden berekend op basis van de vereiste dosis en het lichaamsgewicht. Remifentanil (2 mg/injectieflacon) werd gereconstitueerd met 2 ml steriel water en verder verdund met 48 ml zoutoplossing om een uiteindelijke concentratie van 40 μg/ml te verkrijgen, waardoor een nauwkeurige infusie mogelijk was op basis van de vereiste dosis en het lichaamsgewicht.
    5. Bewaking: Om de stabiliteit te garanderen, moeten vitale parameters zoals hartslag, ademhalingsfrequentie, kooldioxideniveaus aan het einde van de adem, arteriële zuurstofverzadiging, niet-invasieve bloeddruk en elektrocardiografische gegevens continu worden bewaakt.
  3. Plaats een Foley-urinekatheter in de blaas met behulp van een steriele techniek (zie de MATERIAALTABEL).
    1. Voorbereiding: Creëer een steriele omgeving voor katheterisatie. Trim het haar uit het ventrale vaginale gewelf bij geiten.
    2. Reiniging: Desinfecteer het gebied met povidon-jodiumoplossing en spoel het vaginale gewelf af met 10-12 ml verdunde povidon-jodiumoplossing.
    3. Om besmetting te voorkomen, gebruikt u aseptische technieken zoals het goed wassen van de handen en het gebruik van steriele handschoenen.
    4. Voordat u de Foley-katheter inbrengt, brengt u een steriel smeermiddel aan op het distale uiteinde. Zorg voor een aseptische methode tijdens de procedure.
    5. De katheter vastzetten: Zodra de katheter op de juiste manier in de blaas is geplaatst, blaast u de ballon op met steriel water volgens de instructies van de fabrikant om deze vast te zetten en losraken te voorkomen.
    6. Urineverzameling: Bevestig de afvoerpoort van de Foley-katheter aan een urineopvangzak om de urineproductie te controleren en te beheren.
  4. Plaats een keelholtebuis in de geit om een opgeblazen gevoel en oprispingen tijdens de operatie te voorkomen
    1. Plaats de geit in borstbeen om het plaatsen van de buis te vergemakkelijken.
    2. Zorg ervoor dat het hoofd en de nek iets naar voren zijn gestrekt.
    3. Kies een buis met de juiste lengte en diameter voor de grootte van de geit.
    4. Smeer de tube in met een gel op waterbasis om trauma tijdens het inbrengen te minimaliseren.
    5. Gebruik een mondknevel om de mond open te houden en te voorkomen dat de geit in de buis bijt.
    6. Haal de buis voorzichtig over de tong en richt deze op de orofarynx.
    7. Beweeg de buis voorzichtig vooruit en zorg ervoor dat deze goed in de keelholte wordt geplaatst zonder deze te forceren.
  5. Dien amoxicilline-clavulaanzuur voor injectie toe in een dosis van 10 mg/kg intraveneus 30 minuten vóór de incisie in de huid (zie de MATERIAALTABEL).
  6. Plaats het dier in dorsale lighouding met de nek in extensie. Gebruik een gewatteerde hoofdsteun of zandzak om de juiste uitlijning van het hoofd te behouden en ondersteuning te bieden. Gebruik een schuimrubberen kussen of zitzak onder de nek om de uitlijning van de cervicale wervelkolom te behouden (Figuur 3).
    OPMERKING: Om complicaties zoals overmatige extensie, overmatige druk op de cervicale wervelkolom of compressie van de hersenstam te voorkomen, moet u ervoor zorgen dat de nek tijdens de procedure in een neutrale en stabiele uitlijning staat.
  7. Scheer het ventrale deel van de nek van de schedel tot de thoracale inlaat en reinig met jodiumoplossing.
  8. Bereid je voor op een operatie door een laatste steriele chirurgische scrub in de nek aan te brengen. Reinig de huid twee keer met 4% chloorhexidinegluconaat, gevolgd door twee toepassingen van chloorhexidinedigluconaat 0,5% m/v in alcohol 70% spray (zie de MATERIAALTABEL).
  9. Plaats vier steriele, waterdichte chirurgische lakens rond de operatieplaats (zie de MATERIAALTABEL).
  10. Bedek de blootgestelde operatieplaats met een met jodium geïmpregneerd laken en zet het vast met handdoekklemmen.

figure-protocol-2
Figuur 3: Intraoperatieve opstelling voor kunstmatige schijfimplantatie bij een geit. De geit ligt in dorsale lighouding op de operatietafel, ondersteund door een vacuümondersteunde zandmatras om de juiste positionering en stabiliteit te behouden. De schematische illustraties (midden en rechts) geven de positioneringsopstelling weer, inclusief pad (gele kleur) dat onder de nek is geplaatst om cervicale ondersteuning en uitlijning te bieden. De rode markeringen geven de operatieplaats aan voor de implantatie van de kunstmatige schijf. Deze opstelling zorgt voor een optimale uitlijning van de wervelkolom en minimaliseert drukpunten tijdens de procedure. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

3. Chirurgische ingreep

  1. Identificeer het gebied voor de chirurgische benadering tussen het strottenhoofd en de thoracale inlaat en palpeer de halswervels (atlas van C1 en transversale processus van C6) ter oriëntatie.
  2. Maak een ventrale middellijn huidincisie van het strottenhoofd tot het manubrium van het borstbeen.
  3. Ontleed door de subcutis en de platysma-spier , waardoor de onderliggende cervicale musculatuur bloot komt te liggen. Gebruik bipolaire elektrocauterisatie om bloedingen onder controle te houden en te minimaliseren (zie de MATERIAALTABEL).
  4. Identificeer de linker en rechter sternohyoideus (mediale) en sternomastoideus (caudolaterale) spieren, die in de lengterichting langs de ventrale nek lopen.
  5. Scheid en trek de spierbuiken van de sternohyoideus en sternomastoideus in de middellijn terug en leg de onderliggende luchtpijp voorzichtig bloot. Voer een stompe dissectie uit aan de rechterkant van de luchtpijp en trek deze voorzichtig in met de slokdarm naar de linkerkant met een Collin (baby) zelfvasthoudend oprolmechanisme (zie de MATERIAALTABEL). Bescherm de luchtpijp en de terugkerende larynxzenuw tegen het blad van het zelfvasthoudende oprolmechanisme met tussenliggend bevochtigd gaasje.
  6. Trek de rechter halsslagaderschede (die de halsslagader, de nervus vagus en de halsader bevat) zijdelings terug naar de rechterkant met het andere blad van het Collin (baby) zelfborgende oprolmechanisme en bescherm met tussenliggend gaas.
  7. Identificeer de longus colli-spierbuiken en hun aanhechting aan de ventrale processus spinalis van de halswervels.
  8. Identificeer C6 aan de linker en rechter grote transversale uitsteeksels die zich lateraal-ventraal uitstrekken en palpeer daarna de singuliere ventrale uitsteeksels van C5 in de middellijn, net craniaal van de transversale uitsteeksels van C6.
  9. Identificeer vervolgens het enkelvoudige ventrale proces van C4 één niveau craniaal.
  10. Leg de ventrale oppervlakken van de C4- en C5-wervellichamen bloot door de longus colli-spieren botweg te scheiden met een schaar met stompe punt aan weerszijden van de middellijn en identificeer de middellijn ventrale wervelkam om de perfecte dorsoventrale uitlijning van de C4-C5-werveleenheid te bevestigen. Gebruik bipolaire elektrocauterisatie om bloedingen uit de spierbuiken onder controle te houden.
  11. Gebruik twee zelfvasthoudende Gelpi-oprolmechanismen om de longus colli-spierbuiken in te trekken en de wervellichamen van C4 en C5 bloot te houden (zie de MATERIAALTABEL) (Figuur 4A).
  12. Lokaliseer de C4-C5-schijfruimte onmiddellijk caudaal ten opzichte van de ventrale processus spinosus van C4 met behulp van palpatie, anatomische oriëntatiepunten en bevestig door fluoroscopie met behulp van een metaalmarker (bijv. injectienaald (22G)).
  13. Voer vervolgens een beperkte gedeeltelijke discectomie uit met een scalpelmes nr. 11 of een bevermes nr. 64 en 65 (zie de MATERIAALTABEL). Voer een rechthoekige incisie uit met de lange zijde (10-15 mm) evenwijdig aan de werveleindplaat en de korte zijde (5 mm) lateraal en loodrecht op de eindplaten (Figuur 4A).
  14. Verwijder de ingesneden rechthoekige ventrale AF in één stuk en verken de centrale nucleus pulposus met een neurochirurgische sonde met een kogelpunt van 1 mm en verwijder kernmateriaal. De schijf is licht georiënteerd van caudaal naar craniaal bij het vorderen van de discectomie van ventrale naar dorsale. Vermijd penetratie van de discectomie aan de dorsale zijde in het wervelkanaal.
  15. Identificeer het centrale deel van de C4- en C5-wervellichamen aan het ventrale aspect met een neurochirurgische sonde met kogelpunt en verken het oppervlak van de eindplaat. De C4 eindplaat heeft een licht concaaf oppervlak, terwijl de C5 eindplaat een convex oppervlak heeft.
  16. Plaats markeringen op de middellijn, halverwege tussen de wervellichamen C4 en C5 voor het aanbrengen van de Caspar-afleider.
  17. Gebruik een boor van 2.0 mm die is bevestigd aan een boor met lage snelheid en boor een geleidegat op de markeringen, doorgaand door de cis-cortex en in het massieve bot, maar vermijd penetratie van de transcortex (raadpleeg de MATERIAALTABEL).
  18. Boor in een hoek van 90° ten opzichte van het ventrale werveloppervlak om geleidegaten te maken op zowel C4- als C5-wervellichamen.
  19. Onderzoek de gaten met een dieptemeter om te beoordelen of de diepte van de gaten voldoende is om de K-draden vast te zetten en om te bevestigen dat de transcortex niet in het wervelkanaal is doorgedrongen.
  20. Steek twee K-draden van 2.5 mm in de geleidegaten met een boor met lage snelheid en zorg ervoor dat ze stevig maar niet te diep zijn (zie de MATERIAALTABEL).
  21. Gebruik fluoroscopie om de juiste plaatsing van de K-draden, uitlijning met de C4-C5-schijfruimte en geen betrokkenheid van de transcortex te bevestigen.
  22. Sluit de Caspar wervelafleider aan op de K-draden op de C4 en C5 wervellichamen (zie de MATERIAALTABEL).
  23. Zorg ervoor dat de afleiderarmen symmetrisch zijn gepositioneerd om asymmetrische belasting te voorkomen.
  24. Draai de afleider geleidelijk vast om de IVD-ruimte tussen C4-C5 te vergroten (ongeveer 2-3 mm voorbij de normale schijfhoogte) voor een betere visualisatie en volledige verwijdering van de NP en dorsale AF.
    NOTITIE: Pas langzame afleiding toe en vermijd overmatige afleiding om beschadiging van de werveleindplaten of aangrenzende structuren en rekspanning op het ruggenmerg of de zenuwwortel te voorkomen.
  25. Gebruik de Spinal Curette en de Chevalier Jackson-grijptang om het dorsoventrale, centrale middellijngedeelte van de IVD volledig te legen om het inbrengen van instrumenten en kunstmatige schijf mogelijk te maken (zie de MATERIAALTABEL).
  26. Nadat het schijfweefsel, inclusief de NP- en AF-weefsels, is verwijderd en ervoor is gezorgd dat al het zichtbare schijfmateriaal is verwijderd, wordt de lege schijfruimte gespoeld om eventueel achtergebleven microschijfresten te verwijderen. Gebruik een operatiemicroscoop of vergrotingsloepen om ervoor te zorgen dat het schijfmateriaal grondig wordt verwijderd.
    OPMERKING: Het is van cruciaal belang om het hele centrale NP- en AF-weefsel te verwijderen om te voorkomen dat overgebleven weefsel de plaatsing, genezing of biomechanische stabiliteit van het implantaat verstoort. De laterale AF-weefsels die aan de laterale ligamenten zijn bevestigd, moeten echter behouden blijven, aangezien ze stabiliteit bieden aan de wervelkolomniveaus na bio-implantatie (zie aanvullende figuur S1A). Onvolledige verwijdering kan gevolgen hebben zoals ontstekingsreacties, slechte implantaatintegratie of langdurige compressie.
  27. Zorg ervoor dat u de laterale AF en dorsale longitudinale ligament niet beschadigt om de stabiliteit van de kunstmatige schijf na implantatie te garanderen en wervelluxatie te voorkomen.
  28. Borstel vervolgens de kraakbeenachtige eindplaten voorzichtig met een Scoville Disc Curette (zie de MATERIAALTABEL).
  29. Behoud van het subchondrale bot om de stabiliteit te behouden en instorting van de werveleindplaat en toekomstige verzakkingen te voorkomen.
  30. Plaats de proefschijf zonder kielen om de juiste plaatsing van de kunstmatige schijf te beoordelen en ervoor te zorgen dat deze de juiste diepte bereikt ten opzichte van de IVD-ruimte (Figuur 4B). Bevestig de plaatsing met behulp van fluoroscopie.
  31. Verwijder de proefschijf zonder kielen. Sluit de zaaggeleider aan op de houder en plaats de zaaggeleider in de voorbereide ruimte, zorg ervoor dat de juiste uitlijning de open gleuf precies uitlijnt met de ventrale wervelkam van C4 en C5 (zie aanvullende afbeelding S1A). Controleer het correct inbrengen van de zaaggeleider met fluoroscopie en koppel vervolgens de houder los en verwijder deze.
  32. Lijn een 0.6 mm dik zaagblad uit met de ventrale middellijn wervelkam van C4 en C5, inclusief de open gleuf van de zaaggeleider, en begin met zagen met een oscillerende zaagmachine van ventrale naar dorsale onder continue zoutspoeling (Figuur 4C, aanvullende afbeelding 1A). Stop met zagen wanneer het zaagblad in contact komt met de gesloten dorsale titaniumzijde van de gleuf. Gebruik een traumazaagblad (zie de MATERIAALTABEL).
  33. Voer met het zaagblad ingebracht fluoroscopie uit en controleer de zaagspleten in de wervellichamen C4 en C5 (Figuur 4C, Figuur 5B).
  34. Sluit de houder weer aan op de zaaggeleider en verwijder de zaaggeleider voorzichtig. Zorg voor afleiding met het Caspar retractor.
  35. Plaats de proefschijf met kielen in de schijfruimte om de kielkanalen schoon te maken en voor een goede plaatsing te zorgen. Gebruik fluoroscopie om de uitlijning en geschiktheid van de gecreëerde kanalen te bevestigen (Figuur 5C).
  36. Verwijder de proefschijf met kielen.
  37. Pak het kunstmatige schijfapparaat uit en controleer de titanium kielen aan de craniale en caudale zijde van de vezelmantel van het implantaat (Figuur 1B). Zorg ervoor dat de kielen intact zijn, wat essentieel is voor een veilige bevestiging en een goede integratie met de werveleindplaten. Identificeer de dorsale en de ventrale zijde van het implantaat. De ventrale zijde heeft een iets meer bolle of afgeronde contour, terwijl de dorsale zijde platter of breder lijkt (Figuur 1B).
    OPMERKING: De ventrale kielen van de titanium eindplaat zijn dikker dan de rugkielen (1,3 mm vs. 1 mm) (Figuur 1C). Dit verschil speelt een cruciale rol bij het verminderen van het risico op ontwrichting na implantatie, aangezien eerst de rugkielen worden ingebracht, gevolgd door de ventrale kielen in de gecreëerde kanalen.
  38. Druk de ventrale zijde van de mantel van de kunstmatige schijfvezel stevig in de schijfinsteekhouder en duw de kunstmatige schijf in de voorbereide schijfruimte (Figuur 4D) (Aanvullende afbeelding S1B).
  39. Lijn de prothese uit met de middellijn van de wervels om een goede positionering te garanderen. Gebruik fluoroscopie om de juiste plaatsing van de kunstmatige schijf te bevestigen, de juiste plaatsing van de dorsale en ventrale kielen aan de craniale en caudale zijde (Figuur 5D). Laat de afleiding los op de Caspar afleider.
  40. Bij het correct inbrengen van de kunstschijf moet de ventrale rand van de kunstschijf gelijk liggen met, of iets dorsaal van, het ventrale oppervlak van het wervelbot (Figuur 6A).
  41. Verwijder de Caspar distractor en de 2,5 mm K-draden.
  42. Maak met de snelle braam van 1-2 mm een rond gat (diameter 5 mm) in de ventrale zaag dat caudaal wordt ingesneden op C4 en craniaal op C5, onmiddellijk ventraal tot aan de ventrale kiel (Figuur 6B) (Aanvullende Figuur S1C).
  43. Bereid het botcement voor volgens de instructies van de fabrikant en breng botcement aan in de kanaalgaten en laat het ongeveer 10 minuten uitharden (zie de MATERIAALTABEL) (Figuur 4E, Figuur 6C) (Aanvullende Figuur S1D).
    OPMERKING: Zorg voor een goed geventileerde omgeving tijdens het mengen en aanbrengen van botcement. Gebruik de juiste zuigkracht om bloed en vloeistoffen te verwijderen vóór het aanbrengen om onjuiste cementhechting te voorkomen. Op basis van de instructies van de fabrikant werd een massaverhouding van 64% poeder tot 36% vloeistof gebruikt, d.w.z. voor elke 40 g polymeerpoeder werd 20 ml monomeervloeistof toegevoegd.
  44. Gebruik twee 4-gaats titaniumplaten van 2,0 mm en snijd ze met een platensnijder om platen met 3 of 2 gaten te maken (zie de MATERIAALTABEL). Plaats deze platen zijdelings ten opzichte van elkaar om de gecementeerde kanalen af te dekken, waardoor ze effectief worden afgedicht en de verplaatsing van cement wordt voorkomen (Figuur 4F, Figuur 6D).
  45. Fixeer de plaat met twee borgschroeven van 2.0 mm na het boren van de cis-cortex met een boor van 2.0 mm (zie de MATERIAALTABEL) (Figuur 4F, Figuur 6D).
  46. Spoel de operatieplaats grondig met steriele warme zoutoplossing om vuil en botstof te verwijderen.
  47. Controleer de positie van de geïmplanteerde kunstmatige schijf met behulp van een laatste fluoroscopische controle (Figuur 5E,F).
  48. Herbenader en hecht de longus colli-spieren met behulp van resorbeerbare hechtingen (2-0 polydioxanon) (zie de MATERIAALTABEL).
  49. Verplaats en hecht de spieren sternohyoideus en sternomastoideus met resorbeerbare hechtingen (2-0 polydioxanon).
  50. Gebruik resorbeerbare hechtingen (2-0 poliglecaprone 25 met taps toelopende puntnaald) in een eenvoudig doorlopend patroon voor de onderhuidse laag (zie de MATERIAALTABEL).
  51. Sluit de huid af met een onderhuidse continu resorbeerbare hechtdraad (2-0 poliglecaprone 25 met snijnaald).

figure-protocol-3
Figuur 4: Ventraal aanzicht van de geit C4-C5 spinale eenheid. Gelpi-retractors worden gebruikt om de longus colli-musculatuur in te trekken (rechts is craniaal, links is caudaal). De implantatieprocedure van een kunstmatige schijf omvat de volgende stappen: (A) Discectomie - Verwijder de tussenwervelschijf met een bevermes om de schijfruimte voor te bereiden op implantatie. (B) Plaatsing van de zaaggeleider - Plaats de zaaggeleider met de open gleuf in lijn met de middellijn van de ventrale wervelkam (groene pijlpunten) om een nauwkeurige en gecontroleerde botvoorbereiding te garanderen. (C) Creëren van kielkanalen - Gebruik een oscillerende zaag om kanalen in de benige eindplaat te maken in lijn met de middellijn ventrale wervelkam (groene pijlpunten) voor een juiste positionering van het implantaat. (D) implantatie van de kunstmatige schijf - Plaats de kunstmatige schijf (gele pijl) in de ruimte van de tussenwervelschijf (IVD). (E) Cementtoepassing - Breng botcement (blauwe pijlen) aan in de voorbereide benige eindplaatkanalen om kielmigratie te voorkomen. (F) Kanaaldekking - Beveilig de site door de kanalen af te dekken met titaniumplaten (witte pijlen). Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

figure-protocol-4
Figuur 5: Monitoring van het implantatieproces van de kunstmatige schijf met behulp van intraoperatieve fluoroscopie. (A) De plaatsing van de fluoroscoop in de operatiekamer. (B) Het controleren van de uitlijning van de zaaggeleider en het beoordelen van de diepte van het kanaal dat door het zaagblad wordt gecreëerd. (C) Een proef kunstmatige schijf met kielen wordt gebruikt om de voorbereide kanalen te evalueren en te functioneren als kielreiniger. (D) Verificatie van de juiste plaatsing van de kunstmatige schijf, waarbij ervoor wordt gezorgd dat de dorsale en ventrale kielen correct op de schedel- en staartzijde zitten. (E en F) Na het inbrengen van het implantaat van de kunstmatige schijf, het aanbrengen van cementpluggen in de ventrale kanalen en het plaatsen van platen over de openingen van de ventrale kanalen, wordt fluoroscopie uitgevoerd voor de definitieve beoordeling van de geïmplanteerde kunstmatige schijf, E (ventrodorsaal aanzicht), B, C, D en F (zijaanzicht). Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

figure-protocol-5
Figuur 6. Schematische tekening van kunstmatige schijfimplantatie en aanvullende maatregelen om kielmigratie te voorkomen. (A) Juiste plaatsing van het implantaat van de kunstmatige schijf centraal in de ruimte van de tussenwervelschijf. (B) Het ventrale deel van beide kanalen is iets verbreed en afgerond met behulp van een elektrisch aangedreven braam, waarbij zorgvuldig een afstand tot de eindplaten wordt aangehouden. (C) De openingen van de ventrale kanalen zijn gevuld met botcement, waardoor de ventrale kiel van de titanium eindplaat in de kunstmatige schijf wordt geblokkeerd om uit de kanalen terug te komen. (D) Titaniumplaten worden gebruikt om de kanalen effectief te blokkeren en te voorkomen dat cementpluggen losraken. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

4. Postoperatief herstel en beheer

  1. Voer een CT-scan uit van het cervicale gebied om de positie van de kunstmatige schijf na implantatie te beoordelen (Figuur 7).
  2. Breng een schuimmantel aan rond de nek en een licht verband ter ondersteuning van de chirurgische implantatieplaats (zie de MATERIAALTABEL).
  3. Sta gecontroleerd postoperatief lopen toe indien nodig voor urineren en ontlasting na verwijdering van de Foley-katheter en zodra vrijwillig urineren is waargenomen.
  4. Dien Flunixin-meglumine toe als pijnstiller in een dosis van 2,2 mg/kg gedurende maximaal vijf dagen na implantatie (zie de MATERIAALTABEL).
  5. Breng op elke geit een buprenorfinepleister voor topische analgesie aan en zorg ervoor dat deze vier dagen op zijn plaats blijft (zie de MATERIAALTABEL).
  6. Profylactisch neomycine-procaïne benzylpenicilline toedienen in een dosering van 5 mg/kg per dag gedurende drie dagen na implantatie (zie de MATERIAALTABEL).
    OPMERKING: In deze studie werd flunixinemeglumine (50 mg/ml) toegediend in een dosis van 2,2 mg/kg en neomycine-procaïne-benzylpenicilline in een dosis van 5 mg/kg met behulp van een gecombineerde formulering die neomycine (100 mg/ml) en procaïnebenzylpenicilline (200 mg/ml) bevatte; In beide gevallen werden de uiteindelijke injectievolumes berekend op basis van het lichaamsgewicht van het dier. Om de duidelijkheid te vergroten en de reproduceerbaarheid te ondersteunen, is een workflowdiagram toegevoegd dat het hele proces van preoperatieve voorbereiding tot postoperatieve follow-up samenvat als figuur 8.

figure-protocol-6
Figuur 7. Postoperatieve CT-scan van implantatie van kunstmatige schijven. De CT-weergaven toonden aan dat het implantaat stevig op zijn plaats zit, met de kanalen in de C4: (A) dwarsaanzicht en (D) sagittale aanzicht, en C5: (B) dwarsaanzicht en (E) sagittale aanzichteindplaten geblokkeerd door botcement, wat wordt aangegeven door rode pijlen. De kanalen zijn gemaakt in de middellijn van de C4- en C5-eindplaten, zoals gemeten in de dwarsaanzichten (A en B) en weergegeven in de axiale weergave (C). De ruimte van de tussenwervelschijf (IVD) werd ook postoperatief gemeten op verschillende IVD-niveaus in de sagittale weergaven (F). Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

figure-protocol-7
Figuur 8: Overzicht van de chirurgische workflow van preoperatieve voorbereiding tot postoperatieve follow-up. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

Resultaten

Een kadavergeitenmodel werd gebruikt om het chirurgisch team vertrouwd te maken met de procedure voordat het in vivo onderzoek werd gestart. Het kadaverprotocol maakt gebruik van een geitenkadavermodel om wervelkolomonderzoekers en chirurgen in staat te stellen de chirurgische procedure te oefenen van het implanteren van een nieuwe kunstmatige tussenwervelschijf in de C4-C5-tussenwervelruimte in een realistische, operatiekamerachtige omgeving. De röntgenbeeldvorming werd uitgevoerd op een kadaver om te bevestigen dat er na implantatie geen significante schade aan het implantaat van de kunstmatige schijf en de benige eindplaten was (aanvullende figuur S1E). Om het realisme van de chirurgische trainingsset te vergroten, werd een vers heel geitenkadaver gebruikt, waardoor een nauwkeurige plaatsing op de operatietafel mogelijk is met behoud van de natuurlijke kleur, textuur en stevigheid van de weefsels. Elke stap van de chirurgische ingreep legde het interessegebied in de halswervels bloot en werd uitgevoerd volgens de standaard neurochirurgische praktijk22.

De in vivo studie van kunstmatige schijfimplantatie bij de 4 geiten toonde de succesvolle uitvoering van dit protocol op C4-C5-niveau in het geitendiermodel en leverde voorspelbare resultaten op in termen van chirurgische nauwkeurigheid en onmiddellijke implantaatstabiliteit. Beeldvorming tijdens en na de procedure, zoals fluoroscopie, radiografie en CT, verifieerde consequent de nauwkeurige plaatsing van de prothese in de IVD-ruimte.

Het gebruik van intra-operatieve fluoroscopie tijdens kritieke stappen, zoals het inbrengen van de proefschijf, het positioneren van de zaaggeleider en het plaatsen van de uiteindelijke kunstmatige schijf, zorgde voor precisie en voorkwam procedurefouten. Na voltooiing van de zaagprocedure onthulde inspectie van de geprepareerde kielkanalen schone en goed uitgelijnde kielsporen zonder bewijs van overmatig bramen of schade aan de omliggende constructies. De botcementpluggen dienden adequaat als ventrale blokkade voor kielmigratie in de kanalen, waardoor een stabiele basis werd gecreëerd voor de kunstmatige schijfprothese.

CT bleek een waardevolle postoperatieve beeldvormingsmethode te zijn, die multiplanaire reconstructies mogelijk maakte die een nauwkeurige beoordeling van de driedimensionale positionering van het implantaat ten opzichte van de IVD-ruimte en de werveleindplaten mogelijk maakten (Figuur 7). De juiste uitlijning van de kunstmatige schijf, herstel van de schijfhoogte en symmetrische voorbereiding van het kielkanaal werden bereikt met minimale variatie (Figuur 7). Bovendien hebben de toepassing van titanium vergrendelingsplaten de gecementeerde pluggen effectief afgedicht om verplaatsing van het cement te voorkomen.

Follow-up fluoroscopische beeldvorming (24 uur en 21 dagen na implantatie) bevestigde verder de positie van de kunstmatige schijf en de structurele integriteit van de omliggende wervels (Figuur 9).

figure-results-1
Figuur 9: Postoperatieve follow-up van implantatie van kunstmatige schijven. (A-B) Een van de geïmplanteerde dieren werd 24 uur na de operatie geobserveerd, samen met het bijbehorende fluoroscopische beeld, en vertoonde tekenen van adequate pijnbestrijding en algeheel welzijn, zoals een normale houding. (C-D) Hetzelfde dier evalueerde 21 dagen na implantatie, met een fluoroscopisch beeld dat de veilige plaatsing van het implantaat bevestigde. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

De functionele resultaten, waaronder neurologisch herstel en mobiliteit, werden geëvalueerd over de periode van 21 dagen na implantatie in alle vier de geiten. Gedurende deze periode vertoonden alle dieren normaal gedrag, behielden ze een goede eetlust en vertoonden ze geen tekenen van pijn of neurologische gebreken of kreupelheid. Bovendien werden er geen tekenen van postoperatieve wondinfectie waargenomen bij een van de vier geiten gedurende de 21 dagen na de implantatieperiode op basis van klinische symptomen zoals normale lichaamstemperatuur, afwezigheid van zwelling, roodheid of afscheiding op de operatieplaats, stabiele eetlust, normaal gedrag en gebrek aan kreupelheid of systemische ziekte (Aanvullende video S1 en Aanvullende video S2).

Aanvullende figuur S1: Artroplastiek van de cervicale schijf van een kadavergeit met behulp van het kunstmatige schijfimplantaat in de C4-C5-tussenwervelschijfruimte om de haalbaarheid van de implantatietechniek te beoordelen. De procedure omvatte de volgende stappen: (A) Discectomie en het creëren van kanalen in de benige eindplaten in lijn met de middellijn ventrale wervelkam (groene pijlpunten). (B) Implantatie van het kunstmatige schijfapparaat. (C) Uitzetting van de gecreëerde kanalen met behulp van een elektrisch aangedreven braam (gele pijl). (D) Inbrengen van botcement in de kanalen (zwarte pijl), gevolgd door afdekking met een titaniumplaat om extrusie van de botcementprop te voorkomen. (E) Ventrodorsale (links) en laterale (rechts) radiografische weergaven verkregen na implantatie van de kunstmatige schijf en het aanbrengen van botcement, maar vóór plaatsing van de titaniumplaat over de botcementpluggen. De kielen van de titanium eindplaat (rode pijlen) van de kunstmatige schijf bevinden zich in de kielkanalen in elke werveleindplaat. Klik hier om dit bestand te downloaden.

Aanvullende video S1: De videobeelden tonen het dier drie dagen na de implantatie van de kunstmatige schijf. Klik hier om dit bestand te downloaden.

Aanvullende video S2: De video, opgenomen 21 dagen na de implantatie van de kunstmatige schijf, legde de 4 proefdieren vast die normaal gedrag vertoonden. Klik hier om dit bestand te downloaden.

Discussie

De resultaten van deze studie met een kadaver- en in vivo geitenmodel tonen de precisie en reproduceerbaarheid aan van het beschreven protocol voor kunstmatige schijfimplantatie op C4-C5-niveau in cervicale stekels. Deze studie evalueerde effectief de technische haalbaarheid van de procedure en benadrukte het belang van beeldvorming, specifieke op maat gemaakte instrumentatie en de juiste uitlijning van het implantaat, de wervelstructuren en de chirurgische benadering tijdens belangrijke chirurgische stappen23.

Een belangrijk resultaat van dit onderzoek was het betrouwbaar creëren van goed uitgelijnde kielkanalen en een stabiele plaatsing van de prothese. Het systematische gebruik van fluoroscopie tijdens de chirurgische ingreep zorgde voor nauwkeurigheid, met name tijdens het plaatsen van de proefschijf en het inbrengen van de uiteindelijke prothese. Deze op beeldvorming gebaseerde benadering is bedoeld om het risico op verkeerde uitlijning te minimaliseren, wat in eerdere onderzoeken naar kunstmatige schijfimplantatie als een mogelijke complicatie is gerapporteerd24. Bovendien zorgde de toepassing van de Caspar-werveldistractor voor een gecontroleerde en stabiele werkruimte, waardoor nauwkeurig schijfmateriaal kon worden verwijderd en het kielkanaal kon worden voorbereid. Het gebruik van Caspar vertebrale distractor voor implantatie van kunstmatige schijven gespiegelde nauw gespiegelde benaderingen die worden gebruikt bij anterieure cervicale decompressie en fixatie, wat het translationele potentieel van dit protocol verder ondersteunt25.

Botcement, met name polymethylmethacrylaat (PMMA), is vaak gebruikt bij behandelingen zoals vertebroplastiek en kyphoplastie om compressiefracturen van de wervelkolom te stabiliseren25. Botcement is ook gebruikt om de fixatie van pedikelschroeven in osteoporotische stekels te verbeteren, omdat is bewezen dat het hun stabiliteit in aangetast botverbetert 26. In de huidige chirurgische techniek werden botcement en titanium vergrendelingsplaten gebruikt om de stabiliteit te vergroten door de prothese te verankeren en verplaatsing te beperken, en om de beoordeling van langdurige osseo-integratie van de mantel van de kunstmatige schijfvezelmantel met de werveleindplaat mogelijk te maken. Deze voorzorgsmaatregelen zijn geïmplementeerd om de integriteit van het implantaat op lange termijn te verbeteren en een langdurige fixatie van de wervelkolom te garanderen. Het extra gebruik van botcement en plaatfixatie zal echter hoogstwaarschijnlijk de kans op implantaatgerelateerde complicaties vergroten, zoals verhoogde belasting van aangrenzende structuren, verminderde botremodellering, reacties van vreemde lichamen of moeilijkheden bij revisiechirurgie. Toekomstige studies van kunstmatige schijven naar functionele uitkomsten op lange termijn moeten zich ook richten op de noodzaak van deze extra stap om kielmigratie te voorkomen.

Hoewel deze in vivo studie bij geiten in de eerste plaats was opgezet om de haalbaarheid en kortetermijnresultaten van kunstmatige schijfimplantatie te beoordelen, toonden de resultaten een succesvolle implantatie aan zonder radiografische tekenen van infectie, implantaatmigratie of desintegratie van implantaatmateriaal gedurende de 21 dagen na de operatieve periode. Functionele beoordelingen werden uitgevoerd om het postoperatieve herstel van het dier op korte termijn te evalueren, inclusief neurologisch herstel, pijnrespons, mobiliteit en algemeen welzijn, werden gecontroleerd en alle vier de dieren vertoonden normaal gedrag, goede eetlust en geen tekenen van pijn, kreupelheid of postoperatieve wondinfectie. Deze bevindingen geven aan dat het beschreven protocol effectief is en goed wordt verdragen bij experimentele geiten.

Mogelijke strategieën voor het oplossen van problemen met de ziekte van Cromoperation (bijv. verkeerde uitlijning van het implantaat, moeilijkheden bij het maken van de kielgleuf of verkeerde toepassing van cement) werden opgelost of voorkomen door een nauwkeurige voorbereiding van de procedure voor preoperatieve beeldvorming en meting van tussenwervelschijf- en wervelafmetingen en fluoroscopie. De efficiëntie, bruikbaarheid en reproduceerbaarheid van de methode werden ondersteund door herhaalde intraoperatieve controles met fluoroscopie en bevestigde nauwkeurige positionering in dorsale lighouding, ondersteunde het gebruik van instrumenten die waren aangepast aan de grootte van de geit, en bewaakte alle chirurgische stappen met betrekking tot nekpositionering, anatomische identificatie van de juiste locatie, kielzagen, kielplaatsing, implantaatplaatsing, cementtoepassing, en plaatbevestiging.

Ondanks zijn sterke punten wordt deze studie beperkt door de relatief korte follow-upduur. Hoewel de periode van 21 dagen kritische inzichten verschafte in vroege postoperatieve resultaten, vereisen biomechanische stabiliteit, botintegratie en functionele aanpassing op lange termijn verdere evaluatie over langere perioden. Bovendien kunnen de variaties in individuele anatomie, leeftijd en botdichtheid van dieren de resultaten beïnvloeden en moeten deze in toekomstige studies worden overwogen. Hoewel de biomechanische analyse van de originele versie van deze kunstmatige schijf al heeft aangetoond dat het in staat is om de complexe kinetiek van de natuurlijke schijf21 na te bootsen, is de mechanische evaluatie van de definitieve versie met de nieuwe binnenkern voltooid en zullen de resultaten worden gepubliceerd in een toekomstige langetermijncohortstudie waarbij deze vier geiten betrokken zijn.

Concluderend toonde deze studie de precisie, reproduceerbaarheid en veiligheid aan van het beschreven protocol voor de implantatie van kunstmatige schijven in een in vivo geitenmodel. De bevindingen suggereren dat deze techniek veelbelovend is voor bewegingsbehoudende interventies van de cervicale wervelkolom en kan dienen als een waardevolle basis voor verder translationeel onderzoek. Toekomstige studies moeten de analyse van bewegingsbehoudende interventies van de cervicale wervelkolom omvatten, samen met langere follow-upperioden en histopathologisch onderzoek van spinale eenheden zijn nodig om de stabiliteit van het implantaat op lange termijn en osseo-integratie van de eindplaat te beoordelen om de veiligheid en mogelijk klinisch gebruik bij honden en uiteindelijk bij mensen te bepalen.

Openbaarmakingen

De auteurs hebben geen belangenconflicten te melden.

Dankbetuigingen

Deze publicatie maakt deel uit van het BioAID-project (project nr. 10025453), ondersteund door het TTW Open Technologieprogramma en mede gefinancierd door de Nederlandse Organisatie voor Wetenschappelijk Onderzoek (NWO).

Materialen

Lijst van materialen gebruikt in dit artikel
NaamBedrijfCatalogusnummerOpmerkingen
Laborotory of implants
3D LabUniversity Medical Center Utrecht 3D, Utrecht, Netherlands Het laboratorium verantwoordelijk voor het ontwerpen van het implantatieapparaat. [https://www.umcutrecht.nl/nl/3d-lab/]
Software
Clideo.comClideo Ltd., CyprusOnline video-editor en tools.
Materialise Mimics software versie 25.1Materialise, Leuven, BelgiëCT DICOM data verwerking
3-Matic software versie 17Materialise, Leuven, BelgiëSoftware om de implantatieapparaten te ontwerpen
RadiAnt DICOM Viewer (versie 2024.2)Medixant, Poznafigure-materials-1, PolenCT DICOM viewer
Implant fabrikant
AmnovisAmnovis, Aarschot, BelgiëAfdrukken en nabewerking van de implantatieinstrumenten inclusief de trial cages+ zaaggids [https://www.amnovis.com/]
3D-metaalprint 3D-metaalprint productie & engieering, Houlle, FrankrijkAfdrukken en nabewerking van de BioAID titanium endplate. [https://www.3d-metalprint.com/]
OSYPKA AGRheinfelden, DuitslandEthyleenoxide (EO) sterilisatie van BioAID implantaat na samenstelling, het implantaat wordt in een EO (8%) sterilisator geplaatst. De sterilisatiecyclus loopt op een lage temperatuur (38°-42°C) gedurende 3 uur. [https://osypka.de/]
EmpaEmp, St.Gallen, ZwitserlandPlasma Etching met 2x 40 min Ar/O2 plasma, 16/4 sccm, 30 W, 4 Pa binnen een batchreactor [https://www.empa.ch/]
Implant component
Bionate® 80A PCUDSM Biomedical, Geleen, Nederland7006035Hardheid gemiddeld: 82.6, Moleculair gewicht Mw: 385272 Da, PDI: 2.5, Treksterkte: 8402.1 psi, Dikte  1.8mm
UHMWPE membraan DSM Biomedical, Geleen, NederlandDikte van 38 um, areale dichtheid van 5g/m2, Poriegrootte van 0.9um
UHMWPE gebreide vezelmantel Centexbel, Grâce-Hollogne, België2/1 overlapping, 8 steek/cm
Ulteeva Purity™ DSM Biomedical, Geleen, NederlandUlteeva +HA,  SGX, dtex110, TS 100, voorheen Dyneema Purity®
Instrument en machine
ProX DMP320 3D systems, South Carolina, USADirect metaalprintmachine met behulp van selectieve laser smelttechnologie 
Miele professional G 7826Miele Nederland B.V., Vianen, NederlandDe hygiënische wasmachine 
BLUE SEAL 100*360 mmInterster, Wormerveer, Nederland3FKFB210819Het transparante sterilisatielaminaat maat 100*360 mm
MMM sterilisator OB10643MMM Group, Planegg, DuitslandStoomautoclaaf
Fluoroscopy model NZS 229Philips, Eindhoven, NederlandFluoroscopy
AGFA DR 600 AGFA Valory, BelgiëX-Ray Machine
64-slice, Siemens SOMATOM Definition ASSiemens Medical Solutions USA, Inc., USACT- scan Machine
Foley Katheter 10frx40cm met 10cc BallonnenTeleflex, USA170605-12Foley urinekatheter maat 12
Ioban 23M, MN, USA6640EUJodium-geïmpregneerde chirurgische doek 
2.0 LeiLOX zelfborgende titaniumschroefRita Leibinger, BW, Duitsland245-420-18Titanium zelfborgende schroef 2.4 mm.
PDS 2-0 met CP-1 naaldJohnson & Johnson Medical GmbH, Norderstedt, DuitslandPDP466HPolydioxanone plus antibacterieel 2-0 (absorbeerbaar hechtmateriaal) 
Monocryl 2-0 met Taperpoint Plus naaldJohnson & Johnson Medical GmbH, Norderstedt, DuitslandMCP3170HPoliglecaprone 25 plus antibacterieel 2-0 (absorbeerbaar hechtmateriaal) met taperpoint plus naald
Monocryl 2-0 met Reverse Cutting naaldJohnson & Johnson Medical GmbH, Norderstedt, DuitslandMCP4443HPoliglecaprone 25 plus antibacterieel 2-0 (absorbeerbaar hechtmateriaal) met reverse cutting naald
Syncage C korte houderSYNTHES GMBH, Zwitserland 3,96,989Speciale houder voor trial implantaat maat 4.5.
Curion® CuriBag urinezak (2-liter), 25 stuksMedeco BV, Nederland55902110 cm buis en een cross klep
Shiley™ Endotracheale buis met TaperGuard™ CuffMedtronic co. Minnesota, USA18790SMurphy Eye met voorgeladen Stylet, 9.0 mm I.D., 12.1 mm O.D.
Collin Baby Zelfhoudende retractorBrun GmbH, Tuttlingen, DuitslandBV329RCOLLIN (BABY) Abdominale Ret.zelfhoudend, complete retractor, 155 mm (6 1/8"), met ball snap sluiting, bestaat uit BV328R, BV327R, BV326R
Metzenbaum BotenschaarAesculap GmbH, Tuttlingen, DuitslandBC601RMetzenbaum schaar - Recht - bot/bot - 14.5 cm
Gelpi Retractor Wipro, Bengaluru, India051-9970HGIII set L=185mm
Gelpi Retractor Aesculap GmbH, Tuttlingen, Duitsland

Referenties

  1. Cohen, S. P. Epidemiology, diagnosis, and treatment of neck pain. Mayo Clin Proc. 90 (2), 284-299 (2015).
  2. Kane, S. F., Abadie, K. V., Willson, A. Degenerative cervical myelopathy: recognition and management. Am Fam Physician. 102 (12), 740-750 (2020).
  3. Pilkington, E. J., et al. Prevalence, clinical presentation, and etiology of myelopathies in 224 juvenile dogs. J Vet Intern Med. 38 (3), 1598-1607 (2024).
  4. Tabbì, M., et al. Treatment of canine disc-associated cervical spondylomyelopathy with a cervical distraction-stabilization technique (C-LOX combined with LCP plate) and clinical outcomes. Animals (Basel). 13 (16), 2549(2023).
  5. Da Costa, R. C. Cervical spondylomyelopathy (wobbler syndrome) in dogs. Vet Clin North Am Small Anim Pract. 40 (5), 881-913 (2010).
  6. De Decker, S., Da Costa, R. C., Volk, H. A., Van Ham, L. M. Current insights and controversies in the pathogenesis and diagnosis of disc-associated cervical spondylomyelopathy in dogs. Vet Rec. 171 (21), 531-537 (2012).
  7. Jeffery, N. D., Levine, J. M., Olby, N. J., Stein, V. M. Intervertebral disk degeneration in dogs: consequences, diagnosis, treatment, and future directions. J Vet Intern Med. 27 (6), 1318-1333 (2013).
  8. Romaniyanto,, et al. An update of current therapeutic approach for intervertebral disc degeneration: a review article. Ann Med Surg (Lond). 77, 103619(2022).
  9. Reints Bok, T. E., et al. Instrumented cervical fusion in nine dogs with caudal cervical spondylomyelopathy. Vet Surg. 48 (7), 1287-1298 (2019).
  10. Sattari, S. A., et al. Anterior cervical discectomy and fusion versus posterior decompression in patients with degenerative cervical myelopathy: a systematic review and meta-analysis. J Neurosurg Spine. 38 (6), 631-643 (2023).
  11. Hashimoto, K., Aizawa, T., Kanno, H., Itoi, E. Adjacent segment degeneration after fusion spinal surgery: a systematic review. Int Orthop. 43 (4), 987-993 (2019).
  12. Fiani, B., Nanney, J. M., Villait, A., Sekhon, M., Doan, T. Investigational research: timeline, trials, and future directions of spinal disc arthroplasty. Cureus. 13 (7), e16739(2021).
  13. Qin, J., et al. Artificial cervical vertebra and intervertebral complex replacement through the anterior approach in animal model: a biomechanical and in vivo evaluation of a successful goat model. PLoS One. 7 (12), e52910(2012).
  14. Choi, H., Baisden, J. L., Yoganandan, N. A comparative in vivo study of semi-constrained and unconstrained cervical artificial disc prostheses. Mil Med. 184 (Suppl 1), 637-643 (2019).
  15. Taylor, B. A., et al. Evaluation of total disc arthroplasty: a canine model. Am J Orthop (Belle Mead NJ). 37 (4), E64-E70 (2008).
  16. Adamo, P. F. Cervical arthroplasty in two dogs with disk-associated cervical spondylomyelopathy. J Am Vet Med Assoc. 239 (6), 808-817 (2011).
  17. Marinho, P. V. T., et al. Development of an intervertebral disc prosthesis prototype for the canine cervical spine. Cienc Rural. 53, e20220027(2023).
  18. Falzone, C., Tranquillo, V., Gasparinetti, N. Comparison of two surgical techniques for the treatment of canine disc-associated cervical spondylomyelopathy. Front Vet Sci. 9, 880018(2022).
  19. Nilssen, P. K., et al. Complications and reoperations in young versus old patients undergoing cervical disc arthroplasty. North Am Spine Soc J. 21, 100589(2025).
  20. Parish, J. M., Asher, A. M., Coric, D. Complications and complication avoidance with cervical total disc replacement. Int J Spine Surg. 14 (s2), S50-S56 (2020).
  21. Jacobs, C. A. M., et al. Mechanical characterization of a novel biomimetic artificial disc for the cervical spine. J Mech Behav Biomed Mater. 142, 105808(2023).
  22. Platt, S. R., Da Costa, R. C. Cervical vertebral column and spinal cord.Veterinary surgery: small animal. , Elsevier. St. Louis. (2018).
  23. Chin, K. R., Lubinski, J. R., Zimmers, K. B., Sands, B. E., Pencle, F. Clinical experience and two-year follow-up with a one-piece viscoelastic cervical total disc replacement. J Spine Surg. 3 (4), 630-640 (2017).
  24. Dicesare, J. A. T., et al. Mechanical failure of the Mobi-C implant for artificial cervical disc replacement: report of 4 cases. J Neurosurg Spine. 33 (6), 727-733 (2020).
  25. Wang, L., et al. Comparative study between Caspar cervical retractor system and traditional S retractor in application on anterior cervical decompression and fixation. Orthop Surg. 15 (2), 510-516 (2023).
  26. Seo, J. H., Ju, C. I., Kim, S. W., Kim, J. K., Shin, H. Clinical efficacy of bone cement augmented screw fixation for the severe osteoporotic spine. Korean J Spine. 9 (2), 79-84 (2012).

Herprints en machtigingen

Trefwoorden

Cervicale discusarthroplastiekbiomimetische discusimplantatieosseointegratietitanium eindplatendiscusvervangingsoperatiefluoroscopische beeldvormingfixatie met botcementbiomechanische prestaties
Chirurgische techniek voor de implantatie van een biomimetische kunstmatige tussenwervelschijf in een diermodel van een geit
Neem contact met ons op
Aanbevelen aan bibliotheek

Privacy

Gebruiksvoorwaarden

Beleid

Copyright © 2026 MyJoVE Corporation. Alle rechten voorbehouden.