$$\rightleftharpoonup{xx}$$
$$\longleftharp{xx}$$,
$$\longrightharp{xx}$$,
Model augmentacji kości kalwarycznej został opracowany w latach 90-tych w celu optymalizacji koncepcji sterowanej regeneracji kości (GBR) w chirurgii jamy ustnej i twarzoczaszki. Podstawową zasadą tego modelu jest wzrost nowej tkanki kostnej pionowo na szczycie korowej części czaszki. W tym celu do czaszki mocuje się reaktor (np. tytanową kopułę, cylinder lub klatkę), aby chronić regenerację kości prowadzoną przez przeszczep (np. hydrożel, substytut kości itp.). Za pomocą tego modelu klatki tytanowe lub ceramiczne 1,2,3,4,5,6, membrany GBR7,8,9,10, czynniki osteogenne11,12,13,14,15,16,17, nowe substytuty kości12,16,17,18,19,20,21,22,23,24,25,26,27,28,29 lub mechanizm neowaskularyzacji podczas procesu regeneracji kości30 zostało ocenionych.
Z translacyjnego punktu widzenia, model kalwaryczny reprezentuje wadę jednościenną, którą można porównać do wady IV klasy w szczęce31. Celem jest wyhodowanie nowej kości powyżej obszaru korowego, bez żadnego bocznego wsparcia ze strony endogennych ścian kostnych. Model jest zatem niezwykle rygorystyczny i ocenia rzeczywisty potencjał osteoprzewodnictwa pionowego w obrębie korowej części kości. Jeśli opisany tu model jest przede wszystkim przeznaczony do oceny osteokondukcji w substytutach kości, można również ocenić osteogenezę i/lub osteoindukcję, a także waskulogenezę1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15,16,17,18,19,20,21,22,23,24,25,26,27,28,29,30.
Zasadniczo z powodów etycznych, praktycznych i ekonomicznych, u królika opracowano model kalwaryjny, u którego metabolizm i struktura kości są dość istotne w porównaniu do human32. Spośród 30 odniesień przytoczonych powyżej, 80% korzystało z modelu kalwaryjnego królika1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15,17,22,23,26,27,28,29,30,33, co pokazuje znaczenie tego modelu zwierzęcego. W 2008 r. grupa Busenlechnera przeniosła model kalwarii na świnię, aby umożliwić jednoczesne porównanie ośmiu substytutów kości 20 (w porównaniu z dwoma substytutami kości u królika). Z drugiej strony, nasza grupa przeniosła model kalwarii królika na owce. Krótko mówiąc, tytanowe kopuły zostały umieszczone na czaszkach owiec, aby scharakteryzować osteoprzewodnictwo nowego substytutu kości wydrukowanego w 3D. Badania te pozwoliły nam opracować i opanować model kalwarii oraz jego analizę16,21.
Ostatnie trzy cytowane badania16,20,21, wraz z kilkoma innymi badaniami12,17,18,19,22,23,24, 26,27,28,29, potwierdził ogromny potencjał modelu kalwaryjnego jako modelu przesiewowego i charakteryzacyjnego. Jednak, mimo że uzyskane wyniki były całkiem zadowalające, zwrócili również uwagę na pewne ograniczenia: (1) zastosowanie tytanowych kopułek, które zapobiegały dyfuzji promieniowania rentgenowskiego, a co za tym idzie, stosowanie mikrotomografii komputerowej na żywo. Nie można było ich usunąć przed obróbką histologiczną, co zmusiło naukowców do osadzenia próbek w żywicy poli(metakrylanu metylu) (PMMA). Uzyskane w ten sposób analizy w dużej mierze ograniczały się do topografii. (2) Wysokie koszty finansowe, w szczególności ze względu na koszty zwierząt oraz koszty związane z logistyką, utrzymaniem i chirurgią zwierząt. (3) Trudności w uzyskaniu zatwierdzeń etycznych dla dużych zwierząt.
Niedawne badanie przeprowadzone przez Polo, et al.26 znacznie poprawiło model królika. Kopuły tytanowe zostały zastąpione zamykanymi cylindrami, które można było napełniać stałą objętością materiału. Cztery z tych cylindrów umieszczone były na czaszkach królików. Po zakończeniu prac butle można było wyjąć, dzięki czemu biopsje nie zawierały metalu, co wprowadziło znacznie większą elastyczność w przetwarzaniu próbek. Model kalwarii królika stał się atrakcyjny ze względu na jednoczesne testowanie przy niższych kosztach, łatwej obsłudze zwierząt i ułatwieniu przetwarzania próbek. Korzystając z tych ostatnich osiągnięć, jeszcze bardziej ulepszyliśmy model, zastępując tytan PEEK do produkcji cylindrów, umożliwiając w ten sposób dyfuzję promieniowania rentgenowskiego i zastosowanie mikrotomografii na żywych zwierzętach.
W tym artykule opiszemy procesy anestezjologiczne i chirurgiczne oraz pokażemy przykłady wyników, które można uzyskać za pomocą tego protokołu, tj. (immuno-)histologia, histomorfometria, mikrotomografia na żywo i ex vivo w celu oceny mechanizmów regeneracji kości i ilościowego określenia nowej syntezy kości wspieranej przez materiały substytucyjne kości.