Summary

Ovine Lumbar Intervertebral Disc Degeneration Model Bruke en lateral retroperitoneal Drill Bit Skade

Published: May 25, 2017
doi:

Summary

Intervertebral disc degenerasjon er en betydelig bidragsyter til ryggsmerter og en ledende årsak til funksjonshemning over hele verden. Tallrike dyremodeller av intervertebral skive degenerasjon eksisterer. Vi demonstrerer en ovnmodell av devertering i hjernen, ved hjelp av en borekrone, som oppnår en konsistent skadesskade og reproduserbart nivå av skivedegenerasjon.

Abstract

Intervertebral disc degenerasjon er en betydelig bidragsyter til utviklingen av ryggsmerter og den ledende årsaken til funksjonshemning over hele verden. Tallrike dyremodeller med intervertebral skive degenerasjon er blitt utviklet. Den ideelle dyremodellen bør nøye etterligne den menneskelige intervertebrale disken med hensyn til morfologi, biomekaniske egenskaper og fravær av notokordale celler. Lårbenen intervertebral plate modellen oppfyller disse kriteriene. Vi presenterer en ovine modell av degenerasjon mellom hjernebrusk skiver ved hjelp av en boreskade gjennom en lateral retroperitoneal tilnærming. Den laterale tilnærmingen reduserer betydelig snittet og potensiell sykelighet forbundet med den tradisjonelle fremre tilnærming til ryggraden. Utnyttelse av en bore-bit metode for skade gir muligheten til å produsere en konsekvent og reproducerbar skade, med presise dimensjoner, som initierer en konsekvent grad av intervertebral disdegenerasjon. Den ringformede fokalitetenOg kjernepulposusdefekt nemmere etterligner den kliniske tilstanden til fokal intervertebral plateherniasjon. Får utvinne raskt etter denne prosedyren og er vanligvis mobil og spiser i løpet av en time. Intervertebral disc degenerasjon følger og får gjennomgår nekropsy og etterfølgende analyse i perioder fra åtte uker. Vi mener at borehodeskademodellen for degenerasjon mellom hjernebruskene gir fordeler over flere konvensjonelle ringformede skademodeller.

Introduction

Ryggsmerter er den ledende årsaken til funksjonshemming over hele verden 1 . Lumbal intervertebral disc degenerasjon assosiert diskogen smerte anses å være en betydelig bidragsyter til smerter i ryggsmerter 2 . Det er en økende etterspørsel etter pålitelige dyremodeller av intervertebral disksykdom for å øke forståelsen av degenerative prosesser og for undersøkelse av potensielle terapier.

Tallrike dyremodeller for intervertebral disdegenerasjon eksisterer 3 . Dyrmodeller som brukes i undersøkelsen av degenerativ disksykdom varierer i størrelse fra mus 4 til større pattedyr som hunder 5 , sau 6 og ikke-humane primater 7 . Metoder som brukes til å fremkalle intervertebral skive degenerasjon kan bredt klassifiseres i kategorier av mekaniske ( f.eks. Intervertebral disk komprimering N 8 eller kirurgisk skade 6 ), kjemisk ( f.eks. Kjemisk nukleolyse 5 ) eller mindre vanlig spontan degenerasjon ( f.eks . Sandrot 9 ).

Gitt kompleksiteten av menneskelig intervertebral disdegenerasjon eksisterer ikke en perfekt dyremodell. Imidlertid er viktige hensyn ved å velge en passende dyremodell for å etterligne denne tilstanden, blitt identifisert 3 . Slike overvejelser inkluderer fraværet av notokordale celler (primitive celler med mulig progenitorcellefunksjon 10 fraværende fra den voksne nucleus pulposus hos mennesker, sauer, geiter og kondrodystrofiske hunder, men er tilstede hos de fleste pattedyr), likheter i dyr og intervertebral plate størrelse i forhold til mennesker, Sammenlignbare biomekaniske krefter til den kliniske tilstanden, mekanistiske og etiske hensyn 3 .

Jane_content "> Ikke-menneskelige primater oppfyller mange av de ovennevnte kriteriene. Baboon og macaque modeller av spontan intervertebral disdegenerasjon er beskrevet 11 , 12 , 13. Begge artene tilbringer store mengder tid i oppreist eller halvopprettelige stillinger – en klar fordel I forhold til andre dyremodeller. Etisk og praktisk hensyn ( f.eks. Utgifter, boliger, forsinket utbrudd av spontan degenerasjon) begrenser bruken av dem i mange institusjoner.

Den ovre ryggraden er en etablert modell for devertering av intervertebral skive, med fordeler som cellulære, biomekaniske og anatomiske likheter med den menneskelige ryggraden 10 , 14 , 15 . Til tross for fjærføddens oppdrett, blir lammeskjøtens intervertebrale plate utsatt for lignende påkjenninger til den menneskelige platenS = "xref"> 14. Ovemodellen er også mer allment akseptert, fra et etisk perspektiv, enn ikke-menneskelige primatmodeller. Forskellige metoder har blitt beskrevet for å initiere degenerative prosesser, hvorav mange krever direkte tilgang til intervertebralskiven. På grunn av oppsigelsen av ryggmargen i sakralområdet og endring av det bakre langsgående ligamentet i lumbale ryggrad, er bakre tilnærminger til intervertebralskiven teknisk utfordrende og mindre vanlig i sauen 16 . De tradisjonelle tilgangsruterne til lårhvirvelen, dvs. via anterior eller anterolaterale tilnærminger, krever store abdominale snitt, har stor risiko for brokk og skade på indre vev og neurovaskulære strukturer 16 . Bruken av et relativt lite sideskjæring vekk fra avhengige abdominalområder kan redusere slike risikoer 17 .

Vi presenterer et sau moDel av degenerativ lumbal intervertebral disksykdom ved bruk av boreskader utført gjennom en minimal invasiv lateral tilnærming, og inspirert av Zhang et. Al 18 . Målet med denne protokollen er å muliggjøre en pålitelig lumbalskivebeskyttelsesmodell som lett kan reproduseres, gir konsekvent skade, og er trygt og godt tolerert. Denne tilnærmingen er velegnet til etterforskere som forsøker å indusere en milder grad av lumbal intervertebral disdegenerasjon enn det som observeres ved tradisjonell kirurgisk annulotomi (upubliserte data) for undersøkelse av enten intervertebral disc degenerasjon eller regenerativ behandling. Disse funnene vil bli beskrevet i en kommende publikasjon.

Protocol

Protokollen som er detaljert i dette manuskriptet følger dyrs retningslinjer for Monash University Animal Ethics. Dyreetikk godkjenning for denne protokollen er gitt av Monash University Animal Ethics. Etikk godkjenningsnummer: MMCA / 2014/55 1. Saupreparasjon MERK: Åre i alderen to til fire år ble brukt. Rask sau i 18 timer før anestesi. Gi dyr tilgang til vann til 6-12 timer før operasjonen 19 . Sedate dyr ved i…

Representative Results

Pre-operativt, får undergikk baseline 3T magnetisk resonans imaging (MRI) for vurdering av underliggende intervertebral skive morfologi og degenerasjon. Sau gjennomgikk ytterligere intraoperativ lateral radiografi for bekreftelse av intervertebral plate nivå og beregning av platehøydeindeks. En preoperativ sagittalplanskive fra 3T MR og en intraoperativ radiografi er vist i figur 1 . <img alt="Figur 1" src="…

Discussion

Denne minimalt invasive sidestangstilgang er effektiv og sikker uten postoperativ brokk, abdominal sårets deksis eller infeksjon observert i denne serien. Bruken av borekronens skadesmodell med dybdestopp gir en reproduserbar metode for å fremkalle en konsekvent mellomvertebruskskade av kjent dimensjon ( dvs. en 3,5 mm diameter x 12 mm dybdeskade i denne studien). I vår erfaring, produserer denne metoden en mindre alvorlig grad av skive degenerasjon enn det som observeres i konvensjonelt beskrevet ovenneskal…

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Dr. Chris Daly er mottaker av Stiftelsen for Kirurgi Richard Jepson Research Scholarship. Forfatterne vil gjerne takke Dr. Anne Gibbon, Dr. Dong Zhang og ansatte i Monash Animal Services, Monash University for deres hjelp med dyrkirurgi og omsorg.

Materials

Medetomidine Hydrochloride (10 mL Injection) Therapon/Zoetis PFIDOM10 Multiple suppliers: Zoetis/Ilium
Thiopentone Troy Triothiopentone Multiple suppliers: Neon Laboratories, Jagsonphal Pharmaceuticals
Isoflurane (2-3 % in oxygen) Baxter AHN3636 Multiple suppliers: Baxter/VetOne
Amoxicillin parenteral GlaxoSmithKline JO1CA04 Multiple suppliers: GlaxoSmithKline/Merck
Bupivacaine (0.5% Injection 20 mL) Pfizer 005BUP001 Multiple suppliers: Pfizer/AstraZeneca
PVD Iodine Solution Jurox 61330 Multiple suppliers: Jurox/Orion
Chlorhexidine 5%w/v Jurox Chlorhex C 5L (SCRUB) Multiple suppliers: Jurox/Pfizer
Transdermal Fental Patch (75 μg/h) Janssen-Cilag S8-Dur7.5 Multiple suppliers: Sandoz
Buprenorphine iv Jurox 504410 Multiple suppliers: LGM Pharma
Atipamezole (Antisedan 0.06 mg/kg – 0.08 mg/kg) Zoetis PFIANT10 Multiple suppliers: Ilium
Oster Golden A5 2-Speed Clippers Oster 078005-140-003 Oster
20 ml luer lock syringe Terumo 6SS+20L Multiple suppliers: Medshop Australia/Terumo
21 G IV needle Terumo SG3-1225 Multiple suppliers:Medshop Australia/Terumo
#4 scalpel handle Austvet AD010/04 Multiple suppliers: Austvet/SurgicalInstruments
#22 scalpel baldes Austvet
Gillies tissue forceps Austvet AB430/15 Multiple suppliers: Austvet/SurgicalInstruments
Metzenbaum curved dissecting scissors Austvet AC101/14 Multiple suppliers: Austvet/SurgicalInstruments
Deaver retractor Surgical Instruments 23.75.03 Multiple suppliers: Surgical Instrument/Austvet
Hohmann retractor Austvet KA173/35 Multiple suppliers: Austvet/SurgicalInstruments
Mayo suture scissors Austvet AC911/14 Multiple suppliers: Austvet/SurgicalInstruments
Needleholder 14 cm  EliteMedical 18-1030 Multiple suppliers: EliteMedical/Austvet
CMT 3.5 mm Brad-Point Drill Carbatec 516-035-51 Multiple suppliers: Southeast Tool/Carbatec
Drill Bit Stop 4 mm Drill Warehouse 20121600 Multiple suppliers: Amazon
Bosch 10.8 V Cordless Angle Drill Get Tools Direct GWB10.8V-LIBB Multiple suppliers:Bunnings/Get Tools Direct
Autoclavable veterinary drill bag AustVet DRA043-AV AustVet
2-0 absorbable synthetic braided sutures Ethicon VCP335H Ethicon
3-0 absorbable synthetic braided sutures Ethicon VCP232H Ethicon
Siemens 3 Tesla Skyra Widebore MRI Siemens N/A Siemens
9.4 Tesla Agilent (Varian) MRI Agilent Technologies N/A Agilent Technologies
Atomscope HF 200 A Radiogaph Radlink 330003A Multiple Suppliers: Radlink/DLC Australia
Veterinary Pulse Oximiter DLC  192500A Multiple suppliers: DLC Australi Pty Ltd/AustVet

References

  1. Hoy, D., March, L., et al. The global burden of low back pain: estimates from the Global Burden of Disease 2010 study. Ann Rheum Dis. 73 (6), 968-974 (2014).
  2. Luoma, K., Riihimäki, H., Luukkonen, R., Raininko, R., Viikari-Juntura, E., Lammine, A. Low back pain in relation to lumbar disc degeneration. Spine. 25 (4), 487-492 (2000).
  3. Daly, C., Ghosh, P., Jenkin, G., Oehme, D., Goldschlager, T. A Review of Animal Models of Intervertebral Disc Degeneration: Pathophysiology, Regeneration, and Translation to the Clinic. BioMed Res Int. 2016 (3), 5952165 (2016).
  4. Sahlman, J., Inkinen, R., et al. Premature vertebral endplate ossification and mild disc degeneration in mice after inactivation of one allele belonging to the Col2a1 gene for Type II collagen. Spine. 26 (23), 2558-2565 (2001).
  5. Melrose, J., Taylor, T., Ghosh, P., Holbert, C. Intervertebral disc reconstitution after chemonucleolysis with chymopapain is dependent on dosage: An experimental study in beagle dogs. Spine. 21 (1), (1996).
  6. Oehme, D., Goldschlager, T., Shimon, S., Wu, J. Radiological, Morphological, Histological and Biochemical Changes of Lumbar Discs in an Animal Model of Disc Degeneration Suitable for Evaluating the potential regenerative capacity of novel biological agents. J Tiss Sci Eng. , (2015).
  7. Platenberg, R. C., Hubbard, G. B., Ehler, W. J., Hixson, C. J. Spontaneous disc degeneration in the baboon model: magnetic resonance imaging and histopathologic correlation. J Med Primatol. 30 (5), 268-272 (2001).
  8. Iatridis, J. C., Mente, P. L., Stokes, I. A. F., Aronsson, D. D., Alini, M. Compression-Induced Changes in Intervertebral Disc Properties in a Rat Tail Model. Spine. 24 (10), 996 (1999).
  9. Silberberg, R., Aufdermaur, M., Adler, J. H. Degeneration of the intervertebral disks and spondylosis in aging sand rats. Arch Pathol Lab Med. 103 (5), 231-235 (1979).
  10. Alini, M., Eisenstein, S. M., et al. Are animal models useful for studying human disc disorders/degeneration. Eur Spine J. 17 (1), 2-19 (2007).
  11. Lauerman, W. C., Platenberg, R. C., Cain, J. E., Deeney, V. F. Age-related disk degeneration: preliminary report of a naturally occurring baboon model. J Spinal Disord. 5 (2), 170-174 (1992).
  12. Platenberg, R. C., Hubbard, G. B., Ehler, W. J., Hixson, C. J. Spontaneous disc degeneration in the baboon model: magnetic resonance imaging and histopathologic correlation. J Med Primatol. 30 (5), 268-272 (2001).
  13. Nuckley, D. J., Kramer, P. A., Del Rosario, ., Fabro, A., Baran, N., S, R. P., Ching, Intervertebral disc degeneration in a naturally occurring primate model: radiographic and biomechanical evidence. J Orthop Res. 26 (9), 1283-1288 (2008).
  14. Wilke, H. J., Kettler, A., Claes, L. E. Are sheep spines a valid biomechanical model for human spines. Spine. 22 (20), 2365-2374 (1997).
  15. Sheng, S. -. R., Wang, X. -. Y., Xu, H. -. Z., Zhu, G. -. Q., Zhou, Y. -. F. Anatomy of large animal spines and its comparison to the human spine: a systematic review. Eur Spine J. 19 (1), 46-56 (2010).
  16. Oehme, D., Goldschlager, T., et al. Lateral surgical approach to lumbar intervertebral discs in an ovine model. Scientific World J. 2012 (8), 873726 (2012).
  17. Youssef, J. A., McAfee, P. C., et al. Minimally invasive surgery: lateral approach interbody fusion: results and review. Spine. 35 (Suppl 26), S302-S311 (2010).
  18. Zhang, Y., Drapeau, S., An, H. S., Markova, D., Lenart, B. A., Anderson, D. G. Histological features of the degenerating intervertebral disc in a goat disc-injury model. Spine. 36 (19), 1519-1527 (2011).
  19. White, K., Taylor, P. Anaesthesia in sheep. In Practice. 22 (3), 126-135 (2000).
  20. Kandziora, F., Pflugmacher, R., et al. Comparison between sheep and human cervical spines: an anatomic, radiographic, bone mineral density, and biomechanical study. Spine. 26 (9), 1028-1037 (2001).
  21. Oehme, D., Ghosh, P., et al. Mesenchymal progenitor cells combined with pentosan polysulfate mediating disc regeneration at the time of microdiscectomy: a preliminary study in an ovine model. J Neurosurg Spine. 20 (6), 657-669 (2014).
  22. Hunter, C. J., Matyas, J. R., Duncan, N. A. Cytomorphology of notochordal and chondrocytic cells from the nucleus pulposus: a species comparison. J Anat. 205 (5), 357-362 (2004).
  23. Hoogendoorn, R. J., Helder, M. N., Smit, T. H., Wuisman, P. Notochordal cells in mature caprine intervertebral discs. Eur Cells Mater. 10 (Suppl 3), (2005).
  24. Pohlmeyer, K. . Zur vergleichenden Anatomie von Damtier, Schaf und Ziege: Osteologie und postnatale Osteogenese. , (1985).
  25. Pfirrmann, C. W., Metzdorf, A., Zanetti, M., Hodler, J., Boos, N. Magnetic resonance classification of lumbar intervertebral disc degeneration. Spine. 26 (17), 1873-1878 (2001).

Play Video

Cite This Article
Lim, K., Daly, C. D., Ghosh, P., Jenkin, G., Oehme, D., Cooper-White, J., Naidoo, T., Goldschlager, T. Ovine Lumbar Intervertebral Disc Degeneration Model Utilizing a Lateral Retroperitoneal Drill Bit Injury. J. Vis. Exp. (123), e55753, doi:10.3791/55753 (2017).

View Video