Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
Click here for the English version

Medicine

Ovine Lumbar Intervertebrale Disc Degeneratie Model Gebruik maken van een laterale retroperitoneale boorbitschade

doi: 10.3791/55753 Published: May 25, 2017
* These authors contributed equally

Summary

Intervertebrale schijfdegeneratie is een belangrijke bijdrage aan rugpijn en een belangrijke oorzaak van handicap wereldwijd. Er zijn talrijke diermodellen van de tussenwervelschijfdegeneratie. Wij tonen een schaap model van intervertebrale disc degeneratie, met behulp van een boorboor, die een consistente schade verwonding en reproduceerbare niveau van schijf degeneratie bereikt.

Abstract

Intervertebrale schijfdegeneratie is een belangrijke bijdrage aan de ontwikkeling van rugpijn en de belangrijkste oorzaak van handicap wereldwijd. Er zijn talrijke diermodellen ontwikkeld van intervertebrale schijfdegeneratie. Het ideale diermodel moet de menselijke intervertebrale schijf nauw nabootsen met betrekking tot morfologie, biomechanische eigenschappen en de afwezigheid van notochordale cellen. Het schapen lumbale intervertebrale schijfmodel voldoet aan deze criteria. Wij presenteren een schaap model van de wervelkolomvorming van de wervelkolom door gebruik te maken van een boorbeschadiging door een laterale retroperitoneale aanpak. De laterale aanpak vermindert de insnijding en de potentiële morbiditeit die verband houdt met de traditionele anterior benadering van de ruggegraat. Gebruik van een boring-bit methode van letsel biedt de mogelijkheid om een ​​consequente en reproduceerbare verwonding te produceren, met nauwkeurige afmetingen, die een consistente mate van intervertebrale schijfdegeneratie initiëren. De focale aard van de ringvormigeEn nucleus pulposus defect naderen nauwkeuriger de klinische conditie van focal intervertebrale schijfherniatie. Schapen herstellen snel na deze procedure en zijn meestal mobiel en eten binnen het uur. Intervertebrale schijfdegeneratie komt tot gevolg en schapen ondergaan necropsy en daaropvolgende analyse in perioden van acht weken. Wij zijn ervan overtuigd dat het boorbeschadigingsmodel van de vertekening van de intervertebrale schijf voordelen biedt tegen meer conventionele ringvormige schade modellen.

Introduction

or Start trial to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here

Rugpijn is de belangrijkste oorzaak van handicap wereldwijd 1 . Lumbar intervertebrale disc degeneratie geassocieerde discogene pijn wordt beschouwd als een belangrijke bijdrage aan de rugpijn 2 . Er is een toenemende vraag naar betrouwbare diermodellen van intervertebrale schijfziekte om het begrip van het degeneratieve proces te vergroten en voor het onderzoek naar mogelijke therapieën.

Talrijke diermodellen van de tussenwervelschijfdegeneratie bestaan ​​uit 3 . Dierenmodellen die in het onderzoek van degeneratieve schijfziekte werden gebruikt, variëren in grootte van muizen 4 , naar grotere zoogdieren, zoals honden 5 , schapen 6 en niet-menselijke primaten 7 . Methoden die worden gebruikt om de degeneratie van intervertebrale schijven te veroorzaken, kunnen in grote mate worden ingedeeld in de categorieën mechanische ( bijv. Intervertebrale schijfcompressie N 8 of chirurgisch letsel 6 ), chemisch ( bijv. Chemische nucleolyse 5 ) of minder spontane degeneratie ( bijv. De zandrat 9 ).

Gezien de complexiteit van menselijke intervertebrale schijfdegeneratie bestaat er geen perfect diermodel. Belangrijke overwegingen bij het kiezen van een geschikt diermodel om deze conditie nauwkeurig na te bootsen zijn echter geïdentificeerd 3 . Dergelijke overwegingen omvatten de afwezigheid van notochordale cellen (primitieve cellen met mogelijke stamcellenfunctie 10 die afwezig zijn van de volwassen nucleus pulposus bij mensen, schapen, geiten en chondrodystrofe honden, maar aanwezig in de meeste zoogdieren), overeenkomsten in dierlijke en intervertebrale schijfgrootte ten opzichte van mensen, Vergelijkbare biomechanische krachten naar de klinische conditie, mechanistische en ethische overwegingen 3 .

Jove_content "> Niet-menselijke primaten voldoen aan veel van de bovenstaande criteria. Bonen- en macaque modellen van spontane intervertebrale schijfdegeneratie zijn beschreven 11 , 12 , 13. Beide soorten besteden grote hoeveelheden tijd in rechte of semi-oprechte houdingen - een duidelijk voordeel Ten opzichte van andere diermodellen. Ethische en praktische overwegingen (bijvoorbeeld kosten, huisvesting, vertraagde aanvang van spontane degeneratie) beperken hun gebruik in veel instellingen.

De ruggegraat is een gevestigd model van intervertebrale schijfdegeneratie, met voordelen waaronder cellulaire, biomechanische en anatomische overeenkomsten met de menselijke ruggengraat 10 , 14 , 15 . Ondanks de quadrupedale gestalte van schapen wordt de lendene tussenwervelschijf blootgesteld aan soortgelijke spanningen aan de menselijke schijfS = "xref"> 14. Het schaapmodel wordt ook vanuit een ethisch perspectief meer algemeen aanvaard dan niet-menselijke primaatmodellen. Gevarieerde methoden zijn beschreven om het degeneratieve proces te starten, waarvan veel directe toegang tot de intervertebrale schijf nodig heeft. Door de beëindiging van het ruggenmerg in het sacrale gebied en de bekisting van het achterste longitudinale ligament in de lumbale wervelkolom, zijn de achterste benaderingen van de intervertebrale schijf technisch uitdagend en minder vaak gebruikt in de schapen 16 . De traditionele toegangsroutes naar de lumbale wervelkolom, dwz via anterior of anterolaterale benaderingen, vereisen grote buikinfecties, zijn gevoed met risico's van hernia en schade aan inwendige viscera en neurovasculaire structuren 16 . Het gebruik van een relatief kleine zijdelings incisie weg van afhankelijke buikgebieden kan dergelijke risico's verminderen 17 .

Wij presenteren een schaap moDeel van degeneratieve lumbale intervertebrale schijfziekte met boorbitsletsel, uitgevoerd door een minimaal invasieve laterale benadering, en geïnspireerd door het werk van Zhang et. Al 18 Het doel van dit protocol is het inschakelen van een betrouwbaar lumbale schijfbeseringsmodel dat gemakkelijk reproduceerbaar is, een consequente schade veroorzaakt en is veilig en goed verdragen. Deze aanpak is goed geschikt voor onderzoekers die een mildere graad van lumbale intervertebrale schijfdegeneratie willen induceren dan die waargenomen bij traditionele chirurgische annulotomie (ongepubliceerde data) voor het onderzoeken naar tussenwervelschijfdegeneratie of regeneratieve therapieën. Deze bevindingen worden beschreven in een volgende publicatie.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

or Start trial to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here

Het in dit manuscript gedetailleerde protocol volgt de richtlijnen voor dierenwelzijn van de Monash Universiteit Animal Ethics. Dierethiek goedkeuring voor dit protocol is verleend door Monash University Animal Ethics. Etiek goedkeuringsnummer: MMCA / 2014/55

1. Schapenvoorbereiding

OPMERKING: Ouden van twee tot vier jaar werden gebruikt.

  1. Snel schaap voor 18 uur voor verdoving. Geef dieren toegang tot water tot 6-12 uur voor gebruik 19 .
  2. Sedate dieren door intraveneuze injectie van medetomidine hydrochloride (0,015-0,020 mg / kg) om de overdracht naar de operationele suite te vergemakkelijken.
    OPMERKING: Het medetomidine hydrochloride dient ter vermindering van de dierspanning en de agitatie in verband met de scheiding van andere dieren voor overdracht naar de operationele suite.
  3. Injecteer thiopenton (10-13 ml / kg) voor inductie van anesthesie bij aankomst naar de operatie suite.
  4. Administreer profylactische intraVeneuze antibiotica (amoxicilline 1 g IV) onmiddellijk na de thiopentoninjectie.
  5. Intubate schaap met behulp van een endotracheale buis 20 van grootte 7,5-9 mm (inwendige diameter).
  6. Anesthesie onderhouden met inhalatie van isofluraan (2-3%) in 100% zuurstof bij een stromingssnelheid van 2 L / min. Bevestig een pulsoximeter aan het schapenbeen.
  7. Volg de vitale tekenen van de schaap nauwlettend (hartslag, ademhalingssnelheid en zuurstofverzadiging via pulsoximeter en waarneming) en het bewustzijnsniveau.
    OPMERKING: Indicatoren van lichte anesthesie, zoals spontane kauwen, actieve regurgitatie en spontane bewegingen, dienen de anesthesie te verhogen. Rode vlagtekens die aanduidend zijn van dringende verlichting van verdoving omvatten ademhalingscompromie en ernstige bradycardie. Rotatie van het oog is niet een consistente indicator van diepte van verdoving bij schapen 19 .

2. Schijfniveau en incisie

  1. Verzamel de sDringende gereedschappen die nodig zijn voor deze procedure: veterinaire knipsels, 20 ml luer-lock spuit, 21G IV Naald, # 4 scalpel handvat, # 22 scalpel bladen, Gillies weefselpincet, Metzenbaum gebogen dissecterende schaar, Deaver retractor, Hohmann retractorblad, 3,5 mm Brad Punt boorpunt, boorstop stop, boren, autoclaveerbare veterinaire boortas, naaldhouder, 2-0 absorbeerbare synthetische gevlochten hechtingen, 3-0 absorbeerbare synthetische gevlochten hechting en Mayo suture schaar.
  2. Bereid de operationele suite voor. Maak de werktafel en de instrumentstand schoon met 70% ethanol. Autoclaaf alle chirurgische instrumenten voorafgaand aan de operatie. Voer de pre-operatieve verdoving uit.
  3. Plaats de schaap op de werktafel in de rechter zijdelingse positie.
  4. Met behulp van elektronische knippers scheer het gebied superieur door de onderste ribben, inferiorly door het iliac bot, scherp door de contralaterale lumbale transversale processen en ongeveer 10 cm lateraal naar de ipsilaterale lumbale transversale processen.
  5. Palpate de iliac kam, lumbale transversale processen (L1-6) en costo-vertebrale hoek voor de landmarks voor chirurgische incisie site. Merk deze landmarks met een steriele pen.
  6. Bereid de laterale buik door desinfectie met chloorhexidine en alcohol-jodide antiseptische was.
  7. Let op de standaard chirurgische aseptische technieken gedurende de operatie. Het chirurgische team scoort voor de operatie. Plaats een steriele geventreerde vierkante draperie over de chirurgische plaats en een grote steriele vierkante draperie op de overheadtafel.
    1. Steriliseer alle items die vóór de operatie binnen de operatieve plaats moeten worden gebruikt. Monitor de steriliteit van de chirurgische plaats gedurende de hele operatie. Zorg ervoor dat alle items die in het steriele veld zijn ingevoerd steriel zijn en steriel worden overgedragen.
  8. Gebruik chirurgische loupe vergroting en een koplamp om visualisatie tijdens de chirurgische procedure te vergemakkelijken.
  9. Maak een longitudinale incisieMet behulp van het # 22 scalpelblad bevestigd aan het # 4 scalpel handvat parallel aan en 1 cm voorste van een tot twee lumbale transversale processen boven en onder de intervertebrale schijf niveaus van belang.
    OPMERKING: Meer informatie over incisieplanning vindt u in de discussie.
  10. Gebruik de monopolaire diathermie om het onderliggende subcutane weefsel en het laterale aspect van de buikwandmuskulatuur te verdelen; Direct de dissectie naar de uiteinden van de lumbale transversale processen boven en onder de intervertebrale schijven van belang.
  11. Verdeel de thoracolumbar fascia longitudinaal bij de bevestiging ervan aan de transversale processen.
  12. Visualiseer en behoud de onderliggende kwadratus lumborum , psoas spieren en de traverserende neurovasculaire bundels.
  13. Handhaving van hemostase via de procedure met behulp van diatermie.
  14. Veeg de vingers tussen het vlak van de peritoneum en de posterior buikwandmuskulatuur bij de blootgestelde intervertebrale diSc niveaus om digitale stompe dissectie uit te voeren.
  15. Zet de quadratus lumborum en psoas spieren terug met een Deaver-retractor, om de intervertebrale schijven verder bloot te stellen.
  16. Palpate voor de concave intervertebrale lichamen en de convexe intervertebrale schijven.
  17. Plaats de retractors direct over de schijven en zorg ervoor dat de lumbale vaten niet beschadigd raken.
  18. Met behulp van chirurgische loupe vergroting met een koplamp, identificeer de lumbale vaten die zich ongeveer 1 cm caudale bevinden aan de inferieure eindplaat.
  19. Voer een intraoperatieve laterale röntgen uit om het schijfniveau te bevestigen. 21
    Opmerking: Radiograph instellingen: 47kV; 4 mAs 21
  20. Afhankelijk van de gewenste discsniveaus, laat de intervertebrale schijf blootstellen door de omliggende structuren en bijlagen als hieronder te scheiden.
    1. Voor niveaus L3 / 4 en hoger, veeg de gespierde bijlagen over de diSc met behulp van digitale stompe dissecties.
    2. Voor niveaus L4 / 5 en onder, verdeel de dikker tendense spierhulpstukken over de schijf door middel van bipolaire diathermie en schaar.
      OPMERKING: L6 / S1-schijf kan moeilijk worden toegankelijk door obstructie door de iliac-kam. Als toegang niet via de laterale aanpak kan worden bereikt, kan een anterior benadering worden gebruikt.

3. Borrelschade boorgeven

OPMERKING: Pre-operatieve planning omvat de toewijzing van letsels / behandelingsniveaus en controle niveaus. Meer informatie over de toewijzing van de niveaus is te vinden in de discussie.

  1. Definieer het ingangspunt van de boorbit door de linkerzij- en voorste ledematen van de intervertebrale schijf in acht te nemen.
    OPMERKING: Het ingangspunt is gelegen in het midden van dit linker anterolaterale kwadrant (gedefinieerd door de voorste en laterale uiteinden van de schijf). Het boorpunt wordt bij dit ingangspunt ingevoegd met een baan gerichtNaar het midden van de intervertebrale schijven en licht iets krans naar loodrecht gericht.
  2. Breng een Brad-Point Boor-bit in de machineboor. Zorg ervoor dat de diameter van het boorpunt iets minder is dan de tussenwervelschijfhoogte dwz ~ 3,5 mm voor de lumbale tussenwervelschijf in 60-70 kg schapen.
    1. Breng een boorstop aan om een ​​onbeschermde boorlengte van ongeveer de helft van de lumbale tussenwervelschijf te geven, dwz ~ 12 mm voor lumbale tussenwervelschijven in 60-70 kg schapen.
  3. Breng het boorstuk aan op het ingangspunt en steek het in een baan licht kraniaal naar het midden van de intervertebrale schijf. De kleine kraniale angulatie is om het risico op endplate letsel te minimaliseren.
  4. Voorzichtig de boorbit langzaam in de intervertebrale schijf met de boor op lage vermogen gedurende 1 s. Pas het traject op een lichte kraniale of caudale manier aan als er te veel weerstand wordt aangetroffen
    OPMERKING: ZulkBuitensporige weerstand geeft waarschijnlijk contact met de eindplaat aan.

4. Sluiting

  1. Zodra hemostase is bereikt, irrigeren de wond met Ringers 'oplossing.
  2. Doe een gelaagde sluiting, bij voorkeur met 2-0 absorbeerbare synthetische gevlochten hechtingen aan de laterale buikwandweefsels en continue 3-0 onontdekte absorbeerbare synthetische gevlochten subcuticulaire hechting aan de huid.

5. Post-operatief management

  1. Plaats een fentanyl transdermale pleister (75 μg / u) in het inguinsgebied voor post-chirurgische analgesie gedurende 3 dagen.
  2. Gebruik bovendien intraveneuze buprenorfine (0,005-0,01 mg / kg) voor aanvullende analgesie indien nodig.
  3. Stop de inhalatie-anesthetica. Wanneer spontane ademhaling optreedt, verwijder de endotracheale buis.
  4. Laat het dier in constante observatie in een vasthoudkooi herstellen.
    OPMERKING: Het dier mag niet onbeheerd blijven totdat het voldoende conscio heeft behaaldBruikbaarheid om sternale recumbency te behouden.
  5. Zodra het dier volledig alert en sta is, voer het voedsel en water opnieuw in. Zodra het volledig is hersteld, geef het dier terug naar de operatieve faciliteit die pen met andere dieren houdt.
  6. Controleer 24 uur lang en blijf de observatie gedurende een week volgen. Monitor voor bewijs van post-chirurgische pijn of nood.
    OPMERKING: Postoperatieve transdermale fentanyl patch die gedurende drie dagen wordt toegepast, moet voldoende analgesie bieden. Aanvullende pijnstillende eisen zouden de beoordeling van dieren moeten veroorzaken.
  7. Voer het schaap normaal en laat het schaap zonder beperking normale activiteiten uitvoeren. Let op het schaap voor elk bewijs van neurologisch tekort, zoals lameness.
    OPMERKING: Het door de boorbeschadigingsmethode veroorzaakte intervertebrale schijffout is aan het anterolaterale aspect van de schijf en de schadediepte wordt beperkt door de boorbalk stop naar de middenkern. Aangezien de neurale elementen posterior / posterolateraal zijn op de intervertebrale schijf,Het risico op neurale compromissen die secundair zijn tegen de symptomatische nucleus pulposus is afgelegen. Dit anatomische karakteristiek van het model voorkomt het gebruik van neurologisch onderzoek om de degeneratie van intervertebrale schijven te onderscheiden met en zonder nucleus pulposus herniatie.
  8. Keer het schaap terug naar de universiteitsboerderij om af te wachten aan euthanasie en necropsy aan het einde van de experimentele periode.

6. Euthanasie

  1. Voer schapen-euthanasie uit bij een passend tijdsinterval na de boorbreking tussen de wervelschijf.
  2. Spuit intraveneus pentobarbitonnatrium (> 100 mg / kg) voor euthanasie.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

or Start trial to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here

Pre-operatief, schaap onderging baseline 3T magnetische resonantiebeeldvorming (MRI) voor de beoordeling van de onderliggende intervertebrale schijfmorfologie en degeneratie. Schapen ondergaan extra intra-operatieve laterale radiografie voor bevestiging van intervertebrale schijfniveau en berekening van schijfhoogte-index. Een pre-operatieve sagittale vliegtuigschijf van 3T MRI en een intraoperatieve röntgenfoto worden getoond in figuur 1 .

Figuur 1
Figuur 1: Preoperatieve 3T MRI ( A ) en Intra-operatieve Laterale Radiograaf ( B ). ( A ) Sagittale plak van 3T MRI (3T T2-gewogen spin echo sequentie) van lumbale ruggengraat, die lumbaal 1/2 (L1 / 2) toont aan lumbosacrale (L6 / S1) tussenwervelschijven. Intervertebrale schijven hebben een homogene hyperintensieve verschijningWat geen aanwijzingen geeft voor significante preoperatieve intervertebrale schijfdegeneratie. Merk op dat de lumbale wervelkolom normaal gesproken zes lumbale wervels heeft, en het schapenvlees eindigt in het sacrale gebied. ( B ) Intra-operatieve laterale röntgenfoto (instellingen: 47 kV; 4 mAs) die L1 / L2 en L6 / S1 intervertebrale schijven demonstreren met het chirurgische instrument dat de L3 / L4 intervertebrale schijf markeert. Schaalstaven = 25 mm. Klik hier om een ​​grotere versie van deze figuur te bekijken.

Na de operatie herstelden schapen meestal en waren ze binnen 1 uur onafhankelijk mobiel. Schapen werden gedurende een week nauwlettend waargenomen en werden vervolgens teruggekomen naar landbouwgrond tot necropy op 8 weken na verwonding tussen de wervelschijf. Er zijn geen bijwerkingen opgetreden. Op 8 weken na schadebeschadiging, onderging schapen necropsy, röntgenstraal en MRI van lumbale spiNes en verwerking van schijven voor histologische en biochemische analyse.

Representatieve postoperatieve beelden van de bruto morfologische verschijning, en radiologische 9,4T MRI beelden van gewonde schapen lumbaal intervertebrale schijven bij 8 weken (56 dagen) na letsel worden getoond in Figuur 2 . Het bruto morfologische beeld toont het boorbeschadigingskanaal dat door de ringfibrusus penetreert en zich in de nucleus pulposus uitstrekt. Dit blijkt ook in de 9.4T MRI. Uitgebreide beschrijving en analyse van het resultaat van deze aanpak wordt beschreven in een volgende publicatie waarin het model validatieonderzoek wordt beschreven.

Figuur 2
Figuur 2: Bruto morfologische en MRI beelden van gewonde schijf. ( A ). Bruto morfologische afbeelding van intervertebrale schijf die inju toontRy-doordringende annulus fibrosus (AF) en zich uitstrekken tot nucleus pulposus (NP). ( B ). 9,4T MRI (T2-gewogen snelle spin-echo-sequentie), die ook door middel van AF tot NP doordringt door een doordringingskanaal. Schaalbalk = 10 mm. Klik hier om een ​​grotere versie van deze figuur te bekijken.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

or Start trial to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here

Deze minimaal invasieve laterale toegang benadering is efficiënt en veilig zonder postoperatieve breuk, buikwondontsteking of infectie waargenomen in deze serie. Het gebruik van het boorbeenbeschadigingsmodel met een diepte-stop biedt een reproduceerbare methode om een ​​consistent intervertebrale schijfbeschadiging van bekende dimensie te veroorzaken ( dwz een 3,5 mm diameter x 12 mm diepteverwonding in deze studie). In onze ervaring produceert deze methode een minder ernstige mate van degeneratie van de schijf dan die waargenomen in conventioneel beschreven ovale scalpel blade lumbale intervertebrale schijf annulotomy modellen 6 , 22 (ongepubliceerde data). Dit wordt beschreven in een komende publicatie.

Bij het maken van de eerste longitudinale huidinsnijding (stap 2.9) moet de exacte lengte en plaats van de incisie worden gewijzigd op basis van de gewenste schijfniveaus. Meer superieure discniveaus (T12 / L1) kunnen rea zijnChed door de incisie naar de costovertebrale hoek uit te breiden, terwijl een snede die zich uitstrekt tot de iliaccrest, de toegang tot de onderste lumbale wervelkolom toelaat (tot L5 / L6). Een 10 cm-snede zal de toegang tot drie tot vier schijfniveaus vergemakkelijken, terwijl een kleinere gefocusseerde incisie op 5 cm nodig is voor toegang tot enkele schijven. We geven de voorkeur aan letsel op twee niveaus, meestal L2 / L3 en L3 / 4. Hiermee kunnen de aangrenzende L1 / 2 en L4 / 5 intervertebrale schijfniveaus gebruikt worden als niet-gewonde interne controles. Zodra het technisch zelfverzekerd is, kan de chirurgische procedure op één schaap in minder dan een uur worden voltooid met minimaal bloedverlies en ongemak 18 . De kritische stap en grote technische uitdaging van deze techniek is het vermijden van endplate letsel tijdens het boorbeschadigingsschade. Het is van groot belang om duidelijk de superieure en inferieure marges van de intervertebrale schijf bij het ingangspunt van het boorbit te definiëren. Langzaam verplaatsen van de boor op lage snelheid in de interverteBral disc, beginnend ongeveer loodrecht met lichte kraniale angulatie minimaliseert ook het risico op endplate letsel. Verlenging van de huidinsnijding kan nodig zijn om voldoende hoek van de boor te verkrijgen.

Eenvoudige wijzigingen van deze techniek omvatten veranderingen in de boorgrootte en diepte, aangezien deze worden gedicteerd door de grootte van de dier- en lumbale intervertebrale schijven. Deze aanpak kan gebruikt worden om degeneratie op betrouwbare wijze in de intervertebrale schijven van T12 / L1 tot L5 / 6 te veroorzaken. De retroperitoneale aanpak kan gebruikt worden om toegang te krijgen tot de intervertebrale schijf om degeneratie door andere mechanismen 16 te induceren of experimentele therapeutische middelen te geven.

Beperkingen van deze aanpak hebben betrekking op de mate van het intervertebrale schijvenchade en de daaropvolgende degeneratie die door deze aanpak wordt geïnduceerd. Als een onderzoeker strenge intervertebrale schijfdegeneratie wil veroorzaken, zullen andere agressieve methoden van schadeverwondingZoals scalpel blade annulotomy 6 moet overwogen worden. Het acute defect dat in de intervertebrale schijf wordt geproduceerd door de boorboutmethodemethode, is relatief klein en kan wellicht niet goed geschikt zijn voor de toediening van de therapeutische middelen op het moment van letsel.

De ruggegraat werd om verschillende redenen gekozen voor het intervertebrale schijfbeseringsmodel. Niet-menselijke primaten, ondanks hun anatomische en biomechanische gelijkenissen met de klinische conditie ( dwz grote hoeveelheden tijd in rechte en semi-oprechte houdingen), bieden voldoende ethische en praktische overwegingen om hun gebruik in veel instellingen te voorkomen. Alhoewel een quadruped, is de schapen lumbale intervertebrale schijf anatomisch vergelijkbaar en blootgesteld aan vergelijkbare biomechanische spanningen aan de menselijke lumbale intervertebrale schijf 16 , 18 . Schapen tonen het verlies van notochordale cellen uit de nucleus pulposus in de vroege volwassenheid,Net als mensen 10 , 23 . Notochordalcellen kunnen een voorlopercelfunctie hebben en zijn aangetoond dat ze de loop van schijfdegeneratie beïnvloeden door regeneratie van de schijfmatrix. Tenslotte, uit een pragmatisch perspectief, zijn schapen hardharde dieren die goed in staat zijn om de operatie te tolereren, zijn ze gemakkelijk verkrijgbaar en presenteren ze een economisch haalbare optie 16 , 18 .

De geit 18 is een ander diermodel van de lumbale schijfdegeneratie die veel van de voordelen van het schaapmodel voordoet - soortgelijke grootte, economische haalbaarheid, veerkracht en afwezigheid van notochordale cellen in de volwassen 24 . Andere grote dierenmodellen presenteren aanvullende uitdagingen - de aanwezigheid van notochordale cellen in het varkensmodel, en ethische problemen die kunnen worden geassocieerd met hondensmodellen. Voor een uitgebreide beoordeling van dierenmodellen van interveRtebrale disc degeneratie, de lezer is gericht op een recente recensie door Daly et. Al 3 .

Aangezien de intervertebrale schijf van de schaap spontaan verlies van notochordale cellen aantoont en progressief degeneratie ondergaan met 23 jaar , is het essentieel om de consistentie van schapenleeftijd in experimenten te waarborgen. We hebben liever ooien tussen twee en vier jaar, zoals op deze leeftijd, zijn notochordale cellen nu afwezig 23 . Uit onze eigen ervaring is er sprake van minimale spontane degeneratie bij schapen van twee tot vier jaar ondanks het verlies van notochordale cellen. Bovendien sluit de groei van de schapenwervelkroes op ongeveer 24 maanden met wervelkroppengroei die maanden eerder is gestopt 25 , waardoor het risico op enige invloed op schijfregeneratie van aangrenzende groeiplaatcellen wordt beperkt. Ouden waren de voorkeur omdat ze minder agressief zijn dan hun mannelijke tegenhangers die gemakkelijker faciliterenEr dierenbehandeling. Als mannelijk schaap wordt gebruikt, raden we aan wethers te gebruiken.

In een studie van Zhang 18 met behulp van een soortgelijke methode van boorbeschadiging, waar een boormaat met een diameter van 4,5 mm werd ingevoegd 15 mm diep met handmatige omwenteling van 360 ° om schijfdegeneratie in geiten te produceren, was er geen statistisch significant verschil in radiografische Pfirrmann degeneratieve score in de gewonde schijven in vergelijking met preoperatieve beelden. Er was echter aantoonbaar histologisch bewijs van milde tot matige schijfdegeneratie 26 . In tegenstelling tot deze studie bleek de bruto morfologische en 9.4T MRI analyse het bewijs van significante degeneratieve veranderingen in de lumbale intervertebrale schijven, wat het significante voordeel van deze benadering aangeeft.

De toepassing en het resultaat van deze methode zullen worden beschreven in een volgende publicatie die de boor-bitmethode vergelijkt met de intervertebrale schijfbeschadiging tO de gevestigde annulotomie methode in het schaapmodel Deze methode kan ook in de toekomst gebruikt worden voor het onderzoek naar regeneratieve therapieën.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

De auteurs verklaren dat ze geen concurrerende financiële belangen hebben om te onthullen.

Acknowledgments

Dr. Chris Daly is de ontvanger van de Stichting voor Chirurgie Richard Jepson Research Scholarship. De auteurs bedanken dr. Anne Gibbon, dr. Dong Zhang en het personeel van Monash Animal Services, Monash University voor hun hulp bij dierenchirurgie en zorg.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
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

DOWNLOAD MATERIALS LIST

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,, Ching, R. P. 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. Dart, C. Suggestions for Anaesthesia & Analgesia in Sheep. Available from: http://www.nslhd.health.nsw.gov.au/AboutUs/Research/Office/Documents/ACEC_Guideline_Anaesthesia_Analgesia_Sheep.pdf (2005).
  21. 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).
  22. 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).
  23. 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).
  24. 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).
  25. Pohlmeyer, K. Zur vergleichenden Anatomie von Damtier, Schaf und Ziege: Osteologie und postnatale Osteogenese. (1985).
  26. 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).
Ovine Lumbar Intervertebrale Disc Degeneratie Model Gebruik maken van een laterale retroperitoneale boorbitschade
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Lim, K. Z., 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).More

Lim, K. Z., 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).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter