Introduction
전방 십자 인대 (ACL) 파열은 무릎 하나의 가장 일반적인 인대 부상 중 하나입니다. 파열 ACL의 수술 개입없이 치유 할 수없는 때문에, 일상 생활뿐만 아니라 스포츠에 참여의 활동에 제한은 매년 억 달러 (3)의 추정 비용으로, 매년 2 수술을 175,000 명 이상의 환자를 구동한다. 현재, 이식 또는 동종 이식 건 중 하나는 인대 재건술에 사용됩니다. 높은 성공률 모두 이식과 동종 이식 교체로 달성 될 수 있지만, 심각한 합병증이 복원 옵션 4와 연결되어 있습니다. 이식 조직은 특히 재 파열 또는 멀티 인대 손상의 경우에, 공여부의 이환율과 관련된 공급에 제한됩니다. 한편, 동종 이식 조직 지연된 그래프트 통합 불리한 염증 반응, 이론적 감염성 위험 및 제한 좌제와 링크LY 5. 합성 비 분해성 이식은 1970 년대와 1980 년대에 개발되었지만 조기 이식 파열, 이물 반응, 골 용해 및 활액막염 (6)에 의해 방해되었다. 이러한 심각한 문제의 결과로서, 미국에서의 임상 사용할 수있는 합성 이식은 현재 존재하지 않는다.
때문에 기존의 이식 옵션 및 생물학, 공학, 재생 의학의 최근의 발전에 이러한 제한, ACL 이식을위한 조직 설계 솔루션에 큰 관심이 있었다. 현재 조직 공학 전략 영구 합성 재료 주입 7과 관련된 제한을 회피하면서 호스트 조직 내 증식을 허용하는 생물 분해성 및 합성 물질을 사용한다.
폴리 카프로 락톤 (PCL)는 FDA가 접착 장벽을 포함한 의료 분야의 다수의 승인과 8 드레싱 감겨 생분해 성 고분자, 즉 U를했습니다혈관, 뼈, 연골, 신경, 피부, 식도 조직 공학 5,9-16 포함한 다양한 애플리케이션에 나오지. 바람직한 생체 적합성, 상대적으로 긴 생체 내 반감기, 충분한 기계적 강도, 높은 탄성 조직 공학에서의이 중합체의 인기에 기여한다. 상처 치유의 쥐 모델에서 이식 전기 방사 PCL은 비 면역 원성 및 이상 반응 (13)없이 지방 조직으로 통합하는 것으로 나타났다. 전기 방사 된 PCL의 SEM 이미지는도 1에 도시된다.
크고 작은 동물 모델에서 현재 FDA 규제 기준, 유효성과 안전성으로 미국에서 임상 시험에 이동 PCL 또는 기타 설계 ACL 이식을 위해 필요한 것입니다. 또한, 생체 내 조건은 종종 시험관 조직 설계 ACL 이식의 특성을 보강 할 수 있습니다. 굴곡 digitor와자가 전방 십자 인대 재건술의 쥐 모델음 longus 건은 이전에 기본 ACL이 절단 대퇴 및 경골 터널을 뚫고하고, 이식이 통과하고 봉합 17-22로 제 위치에 고정 된 한에서, 기술되었다. 이 논문에서는 설계 ACL 교체의 평가보다는 이식 기반 재건 (그림 2)이 모델의 변형 예를 설명한다.
많은 동물 모델은 인대 조직 공학을 위해 존재하지만, 래트는 여러 이유로 큰 모델에 비해 유리하다. 이러한 장점은 쉽게 사육 및 처리, 적은 수의 윤리적 고려 사항 및 비용 절감의 17, 23 등이 있습니다. 또한, 쥐 모델 연골, 힘줄, 뼈 조직 공학 (24)를 포함하여 정형 조직 재생을위한 모델로서 광범위하게 사용되어왔다. 특히, 흉선 누드 쥐 최종 주입 O를 허용, 세포 매개 성 면역 반응 (25)의 부족으로 인해 선택되었다이 모델 F 이종 도너 세포는 또한 미래의 설계 그래프트 향상시킬. 이 방법의 논문에서는 전방 십자 인대 재건술의 흉선 쥐 모델의 제조 및 무 세포의 수술 주입, 생분해 성 고분자 이식에 대해 설명합니다.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
참고 : 모든 동물의 수술이 실험을 시작하기 전에 지역 수의학 직원과 동물 사용위원회에 의해 승인되었다.
전기 방사 된 폴리 카프로 락톤 비계의 1. 준비
- w 10 %를 생성하는 1,1,1,3,3,3- 헥사 플루오로 -2- 프로판올의 과립 형태로 의료용 폴리 에스테르 말단 (ε 카프로 락톤)를 계량하고 용해 PCL 중합체 용액 w /. 균일 한 솔루션을 보장하기 위해 적어도 3 시간 동안 교반 판을 사용하여 솔루션 저어 보자.
- PCL 솔루션을 Electrospin하는 발판 제조에 매우 정렬 된 PCL 섬유의 팔목을 만들 수 있습니다.
- 항상에 팬 화학 흄 후드에서 전기 방사 설치를 준비합니다. 이는 전압원, 모터 구동 수집 맨드릴, 및 진공 포트에 의해 구동되는 소스 PCL 용액에 대한 엔트리 포인트를 전기 방사에 대한 격리 된 진공 매체로서 역할을하고 갖는 것 큰 아크릴 상자로 구성되어있다. acryli를 청소C 상자 철저히 에탄올과 전기 방사 제품의 품질을 손상시킬 수있는 임의의 불순물을 제거하고 파라 필름 시트와 모든 표면을 커버.
- 무딘와 10 ML의 주사기에 상기 용액의 부하 약 3 ㎖를 18 G, 1 ½ 인치 바늘을했다. 주사기를 위로 눌러 기포를 제거합니다. 프로그램 주사기 펌프에 잠금 솔루션을 제공합니다. 전압원 와이어 부착 아크릴 상자 외부에 관하여 ½ 인치의 바늘을 유지하면서 아크릴 상자에 작은 구멍을 통해 바늘을 삽입한다.
- 매우 정렬 된 PCL 섬유의 집으로 30mm 회전 선반 맨드릴을 사용; 알루미늄 포일의 얇은 스트립 단단히 맨드릴을 커버. 약 15cm 거리에서 주사기 바늘 상자의 반대측에 상기 모터에 맨드릴 잠금.
- 진공 포트에 플라스틱 호스를 삽입하고 흄 후드 진공 소스에 연결합니다. 진공 원을 켜고 뚜껑 아크릴 상자를 커버한다.
- 에스외 2.5 ㎖ / HR 상기 프로그래머블 주사기 펌프의 주입 속도. 3,450 rpm에서 맨드릴을 운영하고 악어 클립을 사용하여 상자 외부의 바늘 끝으로 전압 소스의 양극 도선을 연결하는 모터의 전원을 켭니다.
- PCL 용액의 주입이 시작되면, 전압 소스를 켜고 20 kV의 동작 전압을 설정합니다.
- PCL 용액 0.5ml를으로부터 균질 커프를 만드는 12 분 동안 용액을 주입한다.
참고 : 평균적으로, 각 커프 3 ~ 4 층 비계의 총을 만드는 데 사용할 수있는 2 ~ 6 스트립 시트를 생성하기에 충분한 전기 방사 물질을 가지고있다.
- 레이저는 저 진공 설정, 10.0 keV의 착륙 전압, 6.4 mm 작동 거리, 및 3.0의 프로브 직경에서 작동 VersaLaser 커터 2.3에 여러 개의 작은 시트를 형성하기 위해 PCL 커프를 잘라.
주 :이 예에서, 컴퓨터 지원 설계는 X 35mm × 150 μm의 비계 1.5 mm 여러 장의 수득 커터를 지시하는 데 사용 된균등하게 15 % 세공 영역에 직경 150㎛의 구멍을 분산. - 플라즈마 이온 가속 PCL 표면의 친수성을 유도하기 위해 플라즈마 세정기를 이용하여 PCL 발판을 에칭. 450 mTorr로하고 치료를 높은 전력 (29.6 W)에서 30 초 동안 비계에 진공을 설정합니다.
- 무균 환경에서 70 % 에탄올의 발판 목욕.
- 코트 콜라겐 개별 지지체는 생체 내에서 세포 부착과 증식을 촉진한다.
- 4 ° C에서 1X PBS에서 9 : 1 : Purecol 콜라겐 3 ㎎ / ㎖ 표준 용액, 10 배 PBS 0.1 N NaOH를 하나의 2.5 무균 용액 (8)을 희석하여 콜라겐 코팅 용액을 만듭니다. 균질 용액을 완전히 혼합되도록.
- 코트 개별 1.5 mm X 35mm X 상기 콜라겐 용액의 박층 막으로 150 μm의 발판. 무균 환경에서 24 시간 동안 건조시킵니다.
- 5-0 Vicryl 봉합사를 사용하여 스택과 네 개의 개별 1.5 mm X 35mm X 150 μm의 발판을 부착Krackow가 주입을위한 준비가 최종 0.6 mm 두께, 다층, 콜라겐 코팅 발판을 만들 스티치 사용.
2. 쥐 수술 프로토콜
- 흡입 챔버에서 래트를 배치하고 2 L / 분으로 산소 2 % 이소 플루 란을 전달하여 마취를 유도한다. 쥐를 확인하는 것은 적절 발을 뒷다리에 압력을 가하지하고 응답을 평가하여 마취.
- 비 멸균 다시 테이블에서 피하 25 ㎎ / ㎏ 암피실린 및 0.03 ㎎ / ㎏ 부 프레 노르 핀을 주입.
- 눈 안과 연고를 적용합니다. 수술 뒷다리에서 모피를 클립과 세 클로르헥시딘의 교류 스크럽 70 % 에탄올로 수술 부위를 예비 학교.
- 저체온증을 방지하기 위해 가열 패드, 수술대에 쥐를 전송합니다. 보안 코 콘, 그리고, 2 L / min의 산소에 2 % 이소 플루 란과 절차를 통해 전달 코 콘 마취를 유지한다. 노출 수술 사지를 떠나, 균 방식으로 드레이프.
- 슬개골의 수준에 중심을 무릎에 2cm 긴 수직 절개 내측을 확인합니다. 절개 무릎 위에 중심 될 때까지 옆으로 피부를 집어 넣으십시오.
- 바로 슬개골 내측에 절단 및 대퇴사 두근과 원위 경골 결핵의 슬개 건 삽입의 수준으로 musculotendinous 접합의 수준에 근접하게 확장하여 내측 슬개골 arthrotomy를 만들기 위해 메스를 사용합니다. 슬개골 또는 대퇴사 두근 힘줄을 잘라 않도록주의하십시오.
- 슬개 건에 불과 측면 무릎 캡슐을 통해 1cm 세로 절개를함으로써 측면 출시 슬개골.
- 무릎이 확장되어 있는지 확인합니다. 미세 가위를 가지고 내측하는 측면에서 슬개골 아래를 통과. 신근기구 양쪽로 번역 될 수 있도록 위를 몇 번 확산.
- t을 휘어 동안그 무릎, 무릎 관절의 내부를 노출시키기 위해 측방 슬개골 번역. 과간 노치와 대퇴골의 명확한 시각화를 확인합니다. 메스를 사용하여 노치에서 ACL과 PCL을 가로로 쪼개다.
- 1.6 mm의 K-와이어로드 파워 드릴. 과간 노치에서 ACL 기원에 K 와이어 팁을 놓습니다. superolaterally 드릴과 메스에 필요한 모든 연부 조직을 제거, 대퇴골의 측면 측면에서 출구 지점을 시각화. 이식에 대한 명확한 통행을 보장하기에 몇 시간에서 K-와이어를 전달합니다.
- 경골 고원에 ACL 공간에 K-와이어를 놓습니다. anterolaterally 드릴과 전 외측 경골 근위부에 종료 지점을 시각화. K-와이어 경골 나오는 지점이 완전히 가시화 될 수 있도록 필요에 따라 부드러운 조직을 취소 메스를 사용합니다.
- 대퇴골 터널을 통해 (이상적으로 더 이상 2보다 인치) 단축 키스 바늘을 전달합니다. K의 눈을 통해 그라프의 한쪽 끝에서 두 봉합 단부 스레드eith 바늘. 대퇴 터널을 통해 이식의 한쪽 끝을 당겨 바늘을 사용합니다.
- 경골 터널을 통해 이식의 다른 쪽 끝을 전달하는 이전 단계를 반복합니다.
- 그림 8 자 스티치와 골막 또는 다른 부드러운 주변 조직에 이식의 대퇴골 끝을 부착하기 위해 4-0 Vicryl 봉합사를 사용합니다. 수동 장력 확장의 무릎에 이식. 그림 8 자 스티치와 골막 또는 다른 부드러운 주변 조직에 이식 경골 끝을 붙입니다.
- 그림 8 자 스티치 과거의 각 끝에 1-2 mm로두고, 양쪽 끝 초과 이식을 잘라 가위를 사용합니다.
- 무릎을 확장 및 슬개골을 줄일 수 있습니다. 4-0 vicryl을 사용하여, 슬개골의 외측 아 탈구를 방지, 내측 관절낭을 닫습니다 단일 그림 8 자 스티치를 배치합니다.
- 기본 근육을 봉합하지 않도록주의, 실행 표피 하 5-0 Monocryl 또는 Vicryl 봉합사로 피부를 닫거나 피부가 폐쇄되면 눈에 보이는 봉합있다.
- 인제피하 부 프레 노르 핀과 CT 쥐 수술 후 삼일의 총 매 12 시간. 주입시 어떤 배수 수술 부위 나 상처 열개를 확인합니다. 파행과 붓기는 수술 후 처음 몇 일 정상, 그러나 신속하게 수의학 직원들과 함께 어떤 수술 후 문제를 해결. 수술 절개 부위가 완전히 치유 될 때 동물은 수술 후 이주에서 사회 주택으로 복귀 할 수있다.
3. 데이터 수집 프로토콜
- 희생 이때, 개흉술이어서 CO 2 밀폐 챔버 내에서 개별적으로 쥐 질식.
- 고관절에서 분리하여 외과 적 재구성과 반대측 사지를 모두 수확.
- 복원 된 사지를 들어, 만 대퇴골, 경골 및 이식을 분리하는 미세 절개하여 후방 십자 인대 수술 중단 기본 ACL에서 잔존물을 포함한 모든 연부 조직을 제거합니다. <리>는 반대측 사지를 들어, 기본 ACL을 제외한 모든 연부 조직뿐만 아니라 미세 절개에 의한 대퇴골과 경골을 제거합니다.
- 대퇴골 그라프 경골 단지의 각 끝에서 뼈의 ¾에 1cm 남기고 모두 제거 할 때에는 드레 멜으로 회전 도구를 사용합니다.
- 이 과정과 생체 역학 테스트를 통해 정기적으로 자주 거짓 결과를 변경할 수있다 수확 무릎의 탈수를 방지하기 위해 생리 식염수와 인대 영역을 스프레이.
- 개별적으로 각 뼈의 골단의 주위에 28 G 아연 도금 강철 와이어를 배치하여 대퇴골과 경골을 고정합니다. 이것은 뼈보다는 관심 인대에서 시료의 인장 조기 장애 부정확 생체 역학 테스트 데이터를 방지하는 것이다.
- 냄비 크릴 레이트 (PMMA) 골 시멘트의 혼합물에 대퇴골. 이렇게하려면 두 개의 시멘트 성분을 혼합하고 즉시 완전히 자유롭게 돌출 골단과 연결된 인대와 시멘트 냄비에 뼈의 골간을 감싸는 금속으로 대퇴골을 확보하기 위해 점성 혼합물을 사용합니다. 자연 자유 라디칼 중합이 점차 밀가루 반죽 재료로 결국 고체 강화 된 매트릭스에 혼합 점성 구성 요소를 변환 할 수 있습니다.
참고 :이 프로세스는 몇 분 정도 걸립니다 수동으로 만든 루스의 온도를 평가하여 모니터링 할 수 있습니다나머지 시멘트; 온도가 일시적으로 발열 중합 반응 동안 증가 물질이 응고 후 RT로 가라 앉을 것이다. - 이상적인 기계적 시험 20 ° 굴곡에서 무릎 인대를 유지하면서 제외하고, 경골을 확고히하기위한 위와 같은 과정을 반복합니다.
- 인장 시험 장치에 접합 대퇴골 - 경골 그래프트 착체를 장착하고 실패 장력의 시작으로부터 시간의 함수로서 기록 하중과 변위를 준비한다. 이 예에서는 1 KN 로드셀 인스 트론 모델 5564를 사용 하였다.
- 사전 장력은 0.5 N / 분의 램프 속도에서 2 N 그래프트하고 0.5 mm / 초의 변형 속도로 실패 그래프트 테스트. 이 과정에서 인대가 중간 물질에 실패되어 있고 뼈 대퇴골과 경골이 안전한지 및 조기 부정확 시험 인대의 생 역학적 특성을 평가 할 수있는, 실패하지 않도록주의.
- 생성 된 하중 - 변위를 사용하여곡선은 시험 인대 실패 부하 및 강성을 계산.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
하나의 외과 의사 92 쥐 수술의 우리의 경험에 의하면, 상처의 완료에 절개에서 수술 시간을 의미하는 것은 4.7 분, 표준 편차, 16.9 분이었다. 희생의 시점에서, 쥐 356 ± 23g의 무게. 모든 쥐들이 수술을 허용하고, 합병증을 경험하지. 즉시 수술 후, 쥐가 수술 말단에 무게를 견딜 언급,하지만 약간의 미약을 전시했다. 일주함으로써 수술 후 모든 쥐없이 감지 할 수있을 정도의 미약으로 ambulating했다. 동물은 모든 공급, 배뇨 또는 배변 습관에 더 관찰 이상으로, 연구 기간 동안 지속적으로 체중이 증가. 임상 적으로, 더 심한 상처 열개는, 홍반은, 부종, 삼출, 또는 배수 수술 후 관찰되지 않았다.
상술 한 92 래트 수술 방법이 원고의 주된 목적으로 수행되지 않았다. 오히려, 다양한 그래프트 엔지니어링 상태를 테스트하는 데 사용 하였다. detaile 동안D 기계적 시험 및 조직 학적 결과는이 문서의 범위를 벗어난다 자세한 내용은 레옹 등. (26)에 의해 종이에서 찾을 수 있습니다. 재건축으로 16 주에, 간단히, 단면 무릎의 조직 학적 분석은 발판 행렬은 크게 뼈 터널에 좋은 통합 (그림 3)과 호산 콜라겐을 분비하는 섬유 아세포에 의해 침투되었다는 것을 보여 주었다. 이때, 발판이 완전히 흡수 된되었으며 중합체의 증거는 가시화되지 않았다. 또한, 대식 세포 마커 CD68에 대한 면역 조직 화학 염색은 수술 후 16주 (그림 4)에서 최소한의 염증 반응을 보여 주었다.
생체 역학적 특성을 희생 직후 평가 하였다. 모든 테스트 샘플은 중간 물질 (그림 5)에서 실패했습니다. 인장 시험에서 발생하는 하중 - 변위 곡선 (그림 6), 실패 하중과 강성을 사용하여각 그룹에 대해 계산 하였다. 16주 착상 후에서, 전기 방사 된 고분자 이식은 바로 착상 후 테스트 이식의 약 두 배의 피크 부하 및 강성을했지만,이 값은 기본 ACL (26)보다 낮았다.
그림 1. 정렬 섬유 전기 방사 폴리 카프로 락톤 골격의 SEM 이미지. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
전방 십자 인대 재건술의 그림 2. 무 흉선 쥐 모델. 내측 슬개골 피부 절개를 통해 슬개 건의 (A) 절연. 대퇴 tunne의 (B) 드릴링1.6 mm의 K-와이어를 사용하여 리터. 경골 터널 (C) 드릴링. 대퇴 터널을 통해 1.2 mm 키스 바늘의 (D) 부설 통해 이식을 당겨. (E) 전기 방사 된 폴리 카프로 락톤 이식술은 대퇴 터널을 통해 당겼다. 끝 손질과 골막을 봉합하고, 계층화 된 폐쇄가 수행되기 전에 (F) 이식은, 대퇴골 및 경골 터널을 통해 뽑아. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
경골 삽입에서 그림 3. 헤 마톡 실린 및 경골 뼈 터널 (왼쪽), midsubstance (가운데) 및 대퇴 골 터널 (오른쪽)에서 전기 방사 폴리머 이식 (위)의 에오신 염색. 비교를 위해 기본 ACL이 표시됩니다 (아래), ( ) 왼쪽, midsubstance (CEnter) 및 대퇴 원점 (오른쪽), 10 배는. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
CD68, 대식 세포 마커 그림 4. 색채 면역 조직 화학 염색. 질적, 수술 후 이식의 관절 내 지역보다 또는 16 주에 팔주에서 뼈 터널에서 약간 더 긍정적 인 염색이있을 나타납니다. 이식 최소한의 염증이있을 나타납니다. 모든 이미지는 20 배 배율이다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
이식 midsubstance에서 실패를 입증 이식 전기 방사 이식의 기계적 시험, 5. 이미지 그림. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
흉선 쥐 모델에서 주입 후 16주에서 조직 공학 ACL 이식 그림 6. 샘플 하중 - 변위 곡선. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
ACL 부상은 현 시점에서 재구성에 대한 제한 옵션 정형 외과 스포츠 수술의 일반적인 조건입니다. 생체 내에서 재생을 허용 ACL에 대한 적절한 대체 조직 공학을 개발하기 위해, 적절한 동물 모델이 요구된다. 흉선 쥐에서 전방 십자 인대 재건술의 재현 모델을 사용하여 생체 내 주입 같이 본 연구에서는 생분해 설계 이식의 제조는 설명한다. 이 모델은 세포 이식하고 통합하는 성장 인자를 포함하여 다양한 생체 물질로 구성 상이한 조직 공학적 ACL 이식을 평가하는데 이용 될 수있다.
이 특정 연구에서는 정렬 된 섬유와 무 세포, 전기 방사 된 폴리 카프로 락톤 이식을 테스트했다. 조직 공학 인대 재건 이전 연구 꼰 실크, PLLA 등 다양한 재료로 이루어지는 압출 이식편을 이식 한 우레탄 27-29. 이러한 재료 중에 ACL 7의 기계적 성질의 이식과 반복 설의 성공적인 통합을 모두 결과가 없습니다. 많은 중합체는 인대 재건에 사용하기위한 가능성을 가지고하면서 비 독성, 생물학적으로 불활성이기 때문에,이 연구는 PCL을 연구, 생체 내에서 서서히 저하하고, 용이하게 소망의 형태 (30)로 제조된다. PCL은 기계적으로 견고하고 기계적인 스트레스 (30) 아래에 작은 플라스틱 변형을 보여줍니다. (31) 전기 방사 할 때 그것의 사용은 인해 정렬 된 나노 구조에 광물 내가 증착 콜라겐 유형에 대한 신뢰할 수있는 저수지로 뼈 조직 공학 문헌에 설립되었습니다. 또한, 전기 방사 된 PCL 매트에서 작은 직경의 섬유의 양 및 짧은 확산 길이 스케일에 고 표면 제어 약물 전달 및 유리한 조직 공학 (31)에 사용하는 것이 밝혀졌다.
그것은 것을 알 수 있었다이식은 이식 임상 부작용의 결여에 기초하여 생체으며, 수술후 16주에서 조직 학적으로 본 원시 세포의 침윤을 촉진. 그것은 결국 그래프트 주입 인간 세포를 활용 이단 프로젝트 1 단계이고, 무 흉선 모델이 인간 세포의 거부 반응에 대한 우려를 줄일 따라 우리는이 연구에서 흉선 동물 모델을 이용했다. 전기 방사 고분자 지지체는 재생 ACL에서 모두 세포 및 매트릭스 정렬을 촉진. 그래프트의 단면에서 보는 바와 같이, 세포의 대부분은 섬유의 방향으로 정렬 하였다. 주입 이식은 시간 기계적 특성을 증가 하였다. 즉시 수술 후 복원 된 ACL에 비해 두 배로 폴리머 이식의 실패에로드. 고유 ACL에 비하여 낮은 보일지 PCL 그래프트의 피크 부하 강성 인 반면에, 이러한 결과는 (F)의 관점에서보아야 것을 기억하는 것이 중요심지어 현재의 황금 표준,자가 이식 또는 동종 이식의 역할을, 수술 후 16주에 의해 건강 ACL의 기계적 강도를 달성 할 수 없습니다. 예를 들어, 슈 등 알. 최대 부하의 20 % -35 %이고, 강성 된 토끼 모델에서 ACL 이식술에보고 된 23 %는 수술 후 32 6개월 의해 건강 네이티브 ACL의 -36 %이었다. 게다가, 송곳니 모델에서 이식 연구 30주 술 (33)에 의해 약 30 %의 최대 부하의 40 %와 원래의 ACL 강성을 보여 주었다.
그것을이 논문의 범위 밖에 있지만, 다른 많은 분석이 동물 모델의 사용 후 그래프트 품질을 평가하기 위해 수행 될 수있다. 여기에는 다음이 포함되지만 생물 발광 영상 또는 X 선 및 생체 내에서 CT 스캔 및 콜라겐 마커 또는 염증 인자에 대한 면역 조직 화학 등의 얼룩과 분석의 군중에 한정되지 않는다. 예를 들어, 우리는 이전에 정렬 된 공동의 정량에 결과를 발표이 동물 모델 (26)에 이식 전기 방사 된 PCL 비계의 주입 후 picrosirius 빨간색 염색을 사용 llagen 섬유.
이 연구의 잠재적 인 제한은 동물 모델 자체의 선택 사항이 포함됩니다. 두발 사람에 비해 네 발을 가진 쥐의 해부학과 보행의 고유 한 차이는 ACL의 생체 역학은 다를 않습니다와 모델 사이의 임상 매개 변수의 변환이 이러한 제한의 지식을 수행해야 함을 의미한다. 그러나이 문제는 동물 연구에서 일반적이며,이 연구의 중요성 또는 번역 가능성을 부정하지 않습니다.
미래의 설계 ACL 교체에 대한 우리의 모델에 적용 할 수있다 이식술을 사용하여 쥐의 전방 십자 인대 재건술에 대한 수술 프로토콜에 대한 흥미로운 연구가 있었다. 외부 고정 장치는 건 이식 모델에서 개선 된 건 - 골 치유를 허용하기 위해 수술 후 쥐를 고정하는데 사용되어왔다(19). 또한, 이러한 Stasiak 등. (34)에 의해 설명 된 굴곡 - 신전 장치와 같은 반복 하중을 지연하는 것으로 나타났다, 더 이식 법인 (20)을 향상시킬 수있다. 그러나, 이는 또한 단기간 낮은 반복 하중의 크기가 또한 증가하고 염증을 일으킬 뼈 힘줄 인터페이스 (35)에서 골 형성을 감소 할 수 있음을 보여왔다. 추가 조사는 이러한 그래프트 건 동종보다 약한 초기 기계적 특성을 가질 것이다 같이, 전기 방사, 중합체 기반 ACL 교체 이러한 발견에의 적용 가능성을 평가하기 위해 수행되어야한다.
본 연구는 흉선 쥐의 무 세포 전기 방사 이식술 전방 십자 인대 재건술의 모델을 개발 이전에 설명 쥐 이식 모델 17 ~ 22의 수정을 기반으로하고있다. 우리는 실패에 대한 부하의 동시 개선과 이식에 걸쳐 고밀도로 정렬 된 콜라겐의 고심을 보여 주었다시간이 지남에 이식. 이 연구는 또한 전방 십자 인대 재건술에 대한 다양한 조직 공학 이식을 평가하기 위해 미래에이 모델을 사용에 대한 개념의 증거를 제공합니다. 특히, 무 흉선 래트 이종 도너 세포의 파종을 허용한다.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Acknowledgments
저자는이 프로젝트의 이전 반복에 기술적 공헌 가브리엘 AROM 마이클 Yeranosian에게 감사의 말씀을 전합니다. 이 프로젝트는 OREF 임상 과학자 교육 그랜트 (NL)에 의해 투자되었다, HH 리 외과 연구비 (NL), 재향 군인의 관리 BLR & D 탁월성 평가 1 I01 BX00012601 (DM) 및 근골격계 이식 재단 젊은 연구자 상 (FP).
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Medical grade ester terminated poly (ε-caprolactone), granule form (MW = 110,000) |  Lactel Absorbable Polymers |
Custom synthesized polymer to desired molecular weight | |
| 1,1,1,3,3,3-hexafluoro-2-propanol | Sigma-Aldrich | 105228 | Solvent for PCL polymer |
| 18 G x 1½" bevel needle | BD Medical | 305196 | |
| Remote Infuse/Withdraw Programmable Syringe Pump | Harvard Apparatus | 702101 | |
| VersaLaser VLS2.30 Laser Engraver | Microgeo USA | VLS2.30 | |
| Expanded Plasma Cleaner 115 V | Harrick Plasma | PDC-001 | Plasma etch just prior to collagen coating for surface modification |
| PureCol Collagen Standard Solution, 3 mg/ml | Advanced Biomatrix | 5015-A | Mix 8:1:2.5 solution of PureCol, 10x PBS, 0.1 N NaOH 1:9 in 1x PBS |
| Suture, 5-0 Vicryl | Henry Schein | 1086471 | |
| Suture, 4-0 Vicryl | Henry Schein | 6540072 | |
| Sharp-pointed Dissecting Scissors (Straight; 4.5 inch) | Fisher Scientific | 8940 | |
| Buphrenorphine hydrochloride | Sigma-Aldrich | B9275 | Use 0.03 mg/kg for both intra- and post-operatively for pain control |
| Ampicillin, injectable | Henry Schein | 1185678 | Use 25 mg/kg subcutaneously during the procedure |
| K-wire, 1.6 mm | Spectrum Surgical | SI040062 | |
| Keith Needle, Straight 1½" | Delasco Dermatology Lab & Supply | KE-112 | |
| Immunocal Decalcifying Solution | Fisher Scientific | NC9491030 | |
| Opticryl Acrylic Resin Bone Cement (PMMA) (Monomer and polymer) | US Dental Depot | OPTICRYL 100410 | |
| Instron Model 5564 Tensile Testing Machine | Instron | 5564 | Any comparable tensile testing apparatus is suitable |
References
- Fetto, J. F., Marshall, J. L. The natural history and diagnosis of anterior cruciate ligament insufficiency. Clin Orthop Relat Res. (147), 29-38 (1980).
- Kim, Y. M., Lee, C. A., Matava, M. J. Clinical results of arthroscopic single-bundle transtibial posterior cruciate ligament reconstruction: a systematic review. Am J Sports Med. 39 (2), 425-434 (2011).
- Andersson, C., Odensten, M., Gillquist, J. Knee function after surgical or nonsurgical treatment of acute rupture of the anterior cruciate ligament: a randomized study with a long-term follow-up period. Clin Orthop Relat Res. (264), 255-263 (1991).
- Klimkiewicz, J. J., Petrie, R. S., Harner, C. D. Surgical treatment of combined injury to anterior cruciate ligament, posterior cruciate ligament, and medial structures. Clin Sports Med. 19 (3), 479-492 (2000).
- Petrigliano, F. A., McAllister, D. R., Wu, B. M. Tissue engineering for anterior cruciate ligament reconstruction: a review of current strategies. Arthroscopy. 22 (4), 441-451 (2006).
- Groot, J. H., et al. Use of porous polyurethanes for meniscal reconstruction and meniscal prostheses. Biomaterials. 17 (2), 163-173 (1996).
- Leong, N. L., Petrigliano, F. A., McAllister, D. R. Current tissue engineering strategies in anterior cruciate ligament reconstruction. J Biomed Mater Res A. 102 (5), 1614-1624 (2014).
- Duling, R. R., Dupaix, R. B., Katsube, N., Lannutti, J. Mechanical characterization of electrospun polycaprolactone (PCL): a potential scaffold for tissue engineering. J Biomech Eng. 130 (1), 011006 (2008).
- Shao, Z., et al. Polycaprolactone electrospun mesh conjugated with an MSC affinity peptide for MSC homing in vivo. Biomaterials. 33 (12), 3375-3387 (2012).
- Tillman, B. W., et al. The in vivo stability of electrospun polycaprolactone-collagen scaffolds in vascular reconstruction. Biomaterials. 30 (4), 583-588 (2009).
- Wise, S. G., et al. A multilayered synthetic human elastin/polycaprolactone hybrid vascular graft with tailored mechanical properties. Acta Biomater. 7 (1), 295-303 (2011).
- Vargel, I., Korkusuz, P., Menceloğlu, Y. Z., Pişkin, E. In vivo performance of antibiotic embedded electrospun PCL membranes for prevention of abdominal adhesions. J Biomed Mater Res B Appl Biomater. 81 (2), 530-543 (2007).
- Cao, H., McHugh, K., Chew, S. Y., Anderson, J. M. The topographical effect of electrospun nanofibrous scaffolds on the in vivo and in vitro foreign body reaction. J Biomed Mater Res A. 93 (3), 1151-1159 (2010).
- Joshi, V. S., Lei, N. Y., Walthers, C. M., Wu, B., Dunn, J. C. Macroporosity enhances vascularization of electrospun scaffolds. J Surg Res. 183 (1), 18-26 (2013).
- Pham, Q. P., Sharma, U., Mikos, A. G. Electrospun poly(epsilon-caprolactone) microfiber and multilayer nanofiber/microfiber scaffolds: characterization of scaffolds and measurement of cellular infiltration. Biomacromolecules. 7 (10), 2796-2805 (2006).
- Vaz, C. M., van Tuijl, S., Bouten, C. V., Baaijens, F. P. Design of scaffolds for blood vessel tissue engineering using a multi-layering electrospinning technique. Acta Biomater. 1 (5), 575-582 (2005).
- Kawamura, S., Ying, L., Kim, H. J., Dynybil, C., Rodeo, S. A. Macrophages accumulate in the early phase of tendon-bone healing. J Orthop Res. 23 (6), 1425-1432 (2005).
- Hays, P. L., et al. The role of macrophages in early healing of a tendon graft in a bone tunnel. J Bone Joint Surg Am. 90 (3), 565-579 (2008).
- Dagher, E., et al. Immobilization modulates macrophage accumulation in tendon-bone healing. Clin Orthop Relat Res. 467 (1), 281-287 (2009).
- Bedi, A., et al. Effect of early and delayed mechanical loading on tendon-to-bone healing after anterior cruciate ligament reconstruction. J Bone Joint Surg Am. 92 (14), 2387-2401 (2010).
- Bedi, A., Kawamura, S., Ying, L., Rodeo, S. A. Differences in tendon graft healing between the intra-articular and extra-articular ends of a bone tunnel. HSS J. 5 (1), 51-57 (2009).
- Fu, S. C., et al. Effect of graft tensioning on mechanical restoration in a rat model of anterior cruciate ligament reconstruction using free tendon graft. Knee Surg Sports Traumatol Arthrosc. 21 (5), 1226-1233 (2013).
- Fan, H., Liu, H., Wong, E. J., Toh, S. L., Goh, J. C. In vivo study of anterior cruciate ligament regeneration using mesenchymal stem cells and silk scaffold. Biomaterials. 29 (23), 3324-3337 (2008).
- Landis, J. R., Koch, G. G. The measurement of observer agreement for categorical data. Biometrics. 33 (1), 159-174 (1977).
- Joshi, S. M., Mastrangelo, A. N., Magarian, E. M., Fleming, B. C., Murray, M. M. Collagen-platelet composite enhances biomechanical and histologic healing of the porcine anterior cruciate ligament. Am J Sports Med. 37 (12), 2401-2410 (2009).
- Leong, N. L., et al. In vitro and in vivo evaluation of heparin mediated growth factor release from tissue-engineered constructs for anterior cruciate ligament reconstruction. J Orthop Res. 10, (2014).
- Seo, Y. K., et al. Increase in cell migration and angiogenesis in a composite silk scaffold for tissue-engineered ligaments. J Orthop Res. 27 (4), 495-503 (2009).
- Freeman, J. W., Woods, M. D., Laurencin, C. T. Tissue engineering of the anterior cruciate ligament using a braid-twist scaffold design. J Biomech. 40 (9), 2029-2036 (2007).
- Bashur, C. A., Shaffer, R. D., Dahlgren, L. A., Guelcher, S. A., Goldstein, A. S. Effect of fiber diameter and alignment of electrospun polyurethane meshes on mesenchymal progenitor cells. Tissue Eng Part A. 15 (9), 2435-2445 (2009).
- Dash, T. K., Konkimalla, V. B. Poly-є-caprolactone based formulations for drug delivery and tissue engineering: A review. J Control Release. 158 (1), 15-33 (2012).
- Yoshimoto, H., Shin, Y. M., Terai, H., Vacanti, J. P. A biodegradable nanofiber scaffold by electrospinning and its potential for bone tissue engineering. Biomaterials. 24 (12), 2077-2082 (2003).
- Xu, Y., Ao, Y. F. Histological and biomechanical studies of inter-strand healing in four-strand autograft anterior cruciate ligament reconstruction in a rabbit model. Knee Surg Sports Traumatol Arthrosc. 17 (7), 770-777 (2009).
- Shino, K., et al. Replacement of the anterior cruciate ligament by an allogeneic tendon graft. An experimental study in the dog. J Bone Joint Surg Br. 66 (5), 672-681 (1984).
- Stasiak, M. E., et al. A novel device to apply controlled flexion and extension to the rat knee following anterior cruciate ligament reconstruction. J Biomech Eng. 134 (4), 041008 (2012).
- Brophy, R. H., et al. Effect of short-duration low-magnitude cyclic loading versus immobilization on tendon-bone healing after ACL reconstruction in a rat model. J Bone Joint Surg Am. 93 (4), 381-393 (2011).
