Een verdovings-, chirurgie- en oogstmethode voor de evaluatie van transpediculaire schroeven met behulp van een In Vivo Porcine Lumbar Spine Model
31 mei 2017
Hier introduceren we een methode om transpediculaire schroeven te evalueren door gebruik te maken van een in vivo porcine lumbale ruggengraat model.
Het algemene doel van deze chirurgische ingreep is om transpediculaire schroeven te evalueren met behulp van een in vivo varkens lumbale wervelkolom model. Deze methode kan helpen bij het beantwoorden van belangrijke vragen over dergelijke complicaties van de wervelkolom, zoals het losraken van het pedikelserp. Het belangrijkste voordeel van deze techniek is dat we de langetermijnstabiliteit van verschillende soorten schroeven kunnen vergelijken.
Houd 12 maanden oude miniatuurvarkens ten minste één week in de experimentele eenheid. Na deze acclimatisatieperiode, geef elk varken een klinische controle, meet de ademhalingssnelheid, hartslag en lichaamstemperatuur. Voor de anesthesie, laat de varkens 12 uur vasten.
Om een varken te sedereren, injecteer atropine in de laterale cervicale spierregio achter het oor. Eenmaal gesedateerd, druk met een hand rond de basis van het oor en reinig het oor met alcohol. Plaats vervolgens een plastic katheter over de naald in de oorvene.
Spoel vervolgens de katheter met heparine zoutoplossing en bevestig deze met tape. Induceer nu de anesthesie met ketamine en xylazine via de katheter. Om het varken te intuberen, plaats het in sternal liggende positie.
En met behulp van een assistent, houd de kaak open met behulp van een geschikte slinger. Breng vervolgens de punt van de laryngoscope in de keelholte om de epiglottis van het zachte gehemelte te verplaatsen. Eenmaal geïntubeerd, luister naar de ademhaling in beide longen.
Vul vervolgens de cup van de endotracheale tube met lucht met behulp van een 10 milliliter spuit, en bevestig de tube aan de snuit, met behulp van plakband. Begin vervolgens 2% isofluraangebruik via de tube. Test vervolgens de hoornvlies- en ooglidreflexen van het varken om een chirurgisch vlak van anesthetisatie te bevestigen.
Breng nu zalf aan op de ogen en stel vitale tekenmonitoren in, die minstens om de vijf minuten moeten worden gecontroleerd. 30 minuten voor de operatie, geef een bolus cefazolin via de oorvene katheter. Schakel vervolgens de IV-lijn om 37 graden Celsius zoutoplossing en fentanyl voor pijnbeheersing toe te dienen.
Om te beginnen, scheer de rug van het varken 10 centimeter aan beide zijden van de middenlijn. Reinig vervolgens de huid met afwisselend scrubben van povidoniodine oplossing en 70% ethanol. Maak nu een longitudinale middenlijn incisie vanaf het tweede doornuitsteeksel van de lumbale wervelkolom tot de eerste mediale sacrale kam.
Vervolgens, dissecteer door het subcutane weefsel en fascia tot aan het uiteinde van de doornuitsteeksels. Gebruik vervolgens een Cobb elevator om de paraspinale spieren subperiosteaal van de onderliggende lamina te verheffen. Vervolgens, dissecteer langs de doornuitsteeksel en lamina bij de facetgewrichten.
Op het toegangspunt, dat net inferieur is aan het mammillaire uitsteeksel van L3 tot L5, gebruik een boor of rongeur om de oppervlakkige cortex te openen. Plaats vervolgens de geleidestift parallel aan de superieure eindplaat en onder een hoek van 20 graden ten opzichte van het doornuitsteeksel. Neem nu postero-anterior laterale X-rays om de inbrengpunten voor de pedikelserps vast te stellen.
Breng vervolgens een pedikelserp sonde in tot 25 millimeter en bevestig een complete intraosseuze traject met behulp van het meetapparaat en palpatie. Plaats nu zes pedikelserps. Zorg ervoor dat de schroefkoppen goed zitten.
Let op de oriëntatie van de plaatsopening en de horizontale positie die moet lijnen met de staaf. Plaats vervolgens twee staven in beide zijden van de pedikelserps koppen. Bevestig vervolgens sleeves en moeren aan het hoofd van de schroef.
Draai eerst de moeren losjes vast met een rechte dopsleutel en draai ze vervolgens vast met een contra-torque sleutel. Bevestig vervolgens de posities van de pedikelserps met behulp van X-rays. Zodra de plaats klaar is om te sluiten, spoel het met drie liter normale zoutoplossing.
Bevestig vervolgens een siliconen drain en verwijder de siliconen tip. Sluit nu de paraspinale spieren en subcutaan weefsel met behulp van absorberbare hechtingen, en sluit vervolgens de huid met niet-absorbeerbare nylon hechtingen. Na het hechten, desinfecteer de plaats met povidoniodine en breng een verband aan.
Zodra een sterke slikreflex duidelijk is, extubeer het varken en breng het over naar een herstelruimte. Zodra het volledig bij bewustzijn is, geef het varken voedsel en water en controleer de gangpatronen. Bewaak de beweging van de achterpoten om het implantaat te beoordelen en gedurende drie dagen pijnstillers te geven.
12 weken na de implantatie, euthaniseer het varken. Om een wervelsectie te verzamelen, maak een longitudinale middenlijn incisie op de plaats van de vorige operatiewond. Vervolgens, dissecteer het zachte weefsel en paraspinale spieren om het implantaat volledig bloot te leggen van L3 tot L5. Verwijder nu de moeren met behulp van een contra-torque sleutel.
En verwijder vervolgens de staven. Gebruik vervolgens een oscillerende zaag om de L2-3 schijfruimte en de L5-S1 schijfruimte door te snijden. Vervolgens, dissecteer beide plaatsen in het midden en de voorste delen van de L3-5 wervelkolom met behulp van een Cobb elevator en torentang.
Als de wervelsectie niet onmiddellijk kan worden geanalyseerd, bewaar deze in op zoutoplossing gedrenkte gaas bij min 20 graden Celsius. De bindingssterkte tussen de pedikelserps en het bot werd geëvalueerd voor drie schroeftypen. Ongecoat, hydroxyapatiet gecoat en titanium gecoat.
De belangrijkste extractie torsie piek koppel, of bindingssterkte, was het grootst bij de titanium gecoate pedikelserps. Het gebied van belang kan worden geëvalueerd door een micro-CT programma voor de analyse van het botvolumefractie, botoppervlaktedichtheid en specifiek botoppervlak. Het scannen van een wervelsectie met Goldner trichrome toont het grensvlak tussen de pedikelserp en bot.
Het bindweefsel is rood en het bot is blauw. Bij het gebruik van ongecoate pedikelserps werd alleen bind
Bekijk het volledige transcript en krijg toegang tot duizenden wetenschappelijke video's
Overzicht
Deze studie introduceert een methode voor het evalueren van transpediculaire schroeven met behulp van een in vivo varkensmodel van de lumbale wervelkolom. De techniek is erop gericht complicaties gerelateerd aan het losraken van pedikelschroeven aan te pakken en de langetermijnstabiliteit van verschillende schroeftypes te beoordelen.
Belangrijkste studieonderdelen
Wetenschappelijk vakgebied
- Neurowetenschappen
- Orthopedische chirurgie
- Biomechanica
Achtergrond
- Transpediculaire schroeven worden veelvuldig gebruikt bij ruggenmergchirurgie.
- Inzicht in de stabiliteit van de schroeven is essentieel voor het succes van de chirurgische ingreep.
- In vivo-modellen bieden waardevolle inzichten in de langetermijnresultaten.
- Varkensmodellen zijn relevant vanwege de anatomische overeenkomsten met mensen.
Doel van de studie
- Om de prestaties van transpediculaire schroeven te evalueren.
- Om de langetermijnstabiliteit van verschillende schroeftypen te vergelijken.
- Om complicaties zoals het losraken van schroeven te onderzoeken.
Gebruikte methoden
- Gebruik van een varkenslumbaalwervelmodel voor in vivo testen.
- Klinisch onderzoek van minivarkens voorafgaand aan de chirurgie.
- Monitoring van vitale functies, waaronder ademhalings- en hartslag.
- Voorbereiding van de varkens door middel van een vastenperiode van 12 uur vóór de anesthesie.
Belangrijkste resultaten
- Gegevens over de stabiliteit van schroeven over een gedefinieerde periode.
- Vergelijkende analyse van verschillende schroeftypes.
- Inzichten in de incidentie van het loslaten van schroeven.
- Vaststelling van een betrouwbare evaluatiemethode voor toekomstige studies.
Conclusies
- Het varkensmodel is effectief voor de evaluatie van transpediculaire schroeven.
- Deze methode kan chirurgische praktijken informeren en de uitkomsten verbeteren.
- Verder onderzoek is nodig om schroefontwerpen op basis van de bevindingen te verfijnen.
Veelgestelde vragen
Industriële Relevantie voor Directie
Deze methode biedt een preklinisch model voor het evalueren van de fixatie van spinale implantaten en pakt daarmee een belangrijke uitdaging aan bij de ontwikkeling van orthopedische hulpmiddelen: de langetermijnstabiliteit van pedikelschroeven. Door een vergelijkende analyse van schroefontwerpen mogelijk te maken in een fysiologisch relevant groot-diermodel, ondersteunt het mechanische risicoreductie en voorspellend vertrouwen bij de validatie van targets voor spinale biologics en implantaatmaterialen. De benadering informeert go/no-go-beslissingen in de vroege ontdekkingsfase door de kwaliteit van de interface tussen bot en implantaat te kwantificeren en het biologische risico in een laat stadium van de ontwikkeling van hulpmiddelen te verminderen.
Strategische Toepassingen in Biopharma R&D
Vroege Ontdekking & Targetvalidatie
- Wetenschappelijke waarde: Maakt het toetsen van therapeutische hypothesen met betrekking tot bot-implantaatintegratie en fixatiestabiliteit mogelijk.
- Operationele waarde: Ondersteunt biologische risicoreductie door directe beoordeling van de histologie van de interface tussen schroef en weefsel en de mechanische bindingssterkte.
- Voorspellende waarde: Faciliteert portfolio-triage door het osseointegratiepotentieel van verschillende schroefcoatings en -ontwerpen te vergelijken.
Screening & Assayontwikkeling
- Klaarheid van de assay: Bereidt gevalideerde biologische systemen voor op downstream evaluatie van de prestaties van implantaten onder fysiologische belasting.
- Kwantitatieve resultaten: Genereert meetbare eindpunten, waaronder piek-torsiekoppel, botvolumefractie en botoppervlakte-dichtheid via micro-CT.
- Reproduceerbaarheid: Standardiseert chirurgische voorbereiding, implantatie en oogstprocedures om vergelijking tussen studies en hergebruik van het platform mogelijk te maken.
Translationeel & Preklinisch Onderzoek
- Ziekterelevantie: Modelleert de biomechanica van de menselijke lumbale wervelkolom, wat de translationele continuïteit ondersteunt van ontdekking naar preklinische validatie.
- Mechanische risicovermindering: Verduidelijkt faalmodi, zoals de vorming van fibreus weefsel tegenover botingroei bij de interface van het implantaat.
- Risico-gecorrigeerde voortgang: Informeert beslissingen over voortgang door verschillen in fixatiesterkte tussen gecoate en ongecoate schroeftypes te kwantificeren.
Pipeline- & workflowintegratie
De methode past binnen het continuüm van ontdekking naar preklinisch onderzoek en maakt specifiek de fasen van lead-identificatie en preklinische validatie voor spinale implantaattechnologieën mogelijk door kwantitatieve, op histologie gebaseerde beoordelingen van de fixatiestabiliteit te leveren.
- Ontdekkingsbiologie: Ondersteunt het toetsen van hypothesen over interacties tussen implantaat en weefsel en de verduidelijking van signaalpaden bij osseointegratiemechanismen.
- Screening: Zorgt voor assay-gereedheid via gestandaardiseerde chirurgische implantatie en consistente postoperatieve monitoring.
- Analytica: Levert kwantitatieve read-outs, zoals het maximale torsiekoppel bij extractie en op micro-CT gebaseerde botmorfometrie voor comparatieve analyse van condities.
- Translationeel onderzoek: Verbindt met preklinische continuïteit door middel van longitudinale implantatie en terminale oogst voor interface-analyse.
- Bedrijfbrede herbruikbaarheid: Vestigt een herbruikbare capaciteit voor het evalueren van meerdere implantaatontwerpen over verschillende ontdekkingscampagnes heen.
Operationele en bedrijfskundige impact
- Wetenschappelijke waarde: Voorspellend vertrouwen in de stabiliteit van implantaten, vermindering van mechanische ambiguïteit bij bot-implantaatinterfaces.
- Operationele waarde: Gestandaardiseerde chirurgische procedure, reproduceerbare winning en schaalbare weefselverwerking.
- Strategische waarde: Verbeterde go/no-go-beslissingen, kapitaalefficiëntie bij preklinisch testen, verminderd risico op falen in een laat stadium.
- Impact op portfolio: Risicogebaseerde prioritering van implantaatkandidaten op basis van fixatiekracht en gegevens over osseointegratie.
Overwegingen voor implementatie
- Vereist expertise in chirurgie bij grote dieren, spinale anatomie en postoperatieve zorg.
- Necessiteert instrumentarium voor anesthesie, intraoperatieve beeldvorming (röntgenstraling) en chirurgische instrumenten (boor, momentsleutels, oscillerende zaag).
- Vraagt om standaardisatie tussen de chirurgische, beeldvormings- en histologieteams voor consistente resultaten.
- Overwegingen voor aanpassing omvatten modelspecifieke aanpassingen voor porcine versus andere spinale systemen van grote dieren.
- Praktische beperkingen zijn onder meer een implantatietermijn van 12 weken en de vereiste voor terminale oogst, waardoor longitudinale in vivo beeldvorming voorbij het eindpunt is uitgesloten.
