Waiting
Login processing...

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

Bioengineering

טכניקת תפירת טנורהאפי חדשנית עם שתל קולגן מהונדס רקמה לתיקון פגמים גדולים בגיד

Published: December 10, 2021 doi: 10.3791/57696
Automatic Translation
1,3, 2, 1
1Division of Surgery and Interventional Science, University College London, 2Blond McIndoe Laboratories, Division of Cell Matrix and Regenerative Medicine, MAHSC, University of Manchester, 3Department of Surgical Research, Northwick Park Institute for Medical Research, Northwick Park Hospital

Summary

במאמר זה, אנו מציגים במבחנה ובפרוטוקול במקום כדי לתקן פער גידים של עד 1.5 ס"מ על ידי מילויו בשתל קולגן מהונדס. זה בוצע על ידי פיתוח טכניקת תיל שונה לקחת את העומס המכני עד השתל מתבגר לתוך הרקמה המארחת.

Abstract

ניהול כירורגי של פגמים גדולים בגיד עם שתלי גידים הוא מאתגר, שכן ישנם מספר סופי של אתרים שבהם ניתן לזהות ולהשתמש בתורמים בקלות. נכון לעכשיו, פער זה מלא גיד אוטומטי, אלו-, קסנו-, או שתלים מלאכותיים, אבל שיטות קליניות כדי לאבטח אותם אינם בהכרח לתרגם לבעלי חיים בגלל קנה המידה. על מנת להעריך ביו-חומרים חדשים או לחקור שתל גיד המורכב מסוג קולגן מסוג 1, פיתחנו טכניקת תפר שונה כדי לעזור לשמור על הגיד המהונדס בהתאם לקצוות הגיד. תכונות מכניות של שתלים אלה נחותים מן הגיד המקומי. כדי לשלב גיד מהונדס במודלים רלוונטיים קלינית של תיקון טעון, אומצה אסטרטגיה לפרוק את שתל הגידים המהונדס רקמה ולאפשר התבגרות ואינטגרציה של הגיד המהונדס ב vivo עד שנוצר ניאו-גיד קול מכני. אנו מתארים טכניקה זו באמצעות שילוב של מבנה הגידים המהונדס של רקמות קולגן מסוג 1.

Introduction

קרע בגיד עלול להתרחש עקב גורמים קיצוניים כגון חתכים טראומטיים או טעינה מוגזמת של הגיד. בשל כוחות המתיחה החיצוניים שהונחו על תיקון גיד, פער נוצר באופן בלתי נמנע עם רוב טכניקות תיקון הגידים. נכון לעכשיו, פגמים/פערים בגידים מלאים בשתלים אוטומטיים, אלו, קסנו או מלאכותיים, אך זמינותם היא סופית, ואתר התורם הוא מקור לתחלואה.

הגישה שתוכננה על ידי הרקמות לפברק שתל גיד מפולימר טבעי כגון קולגן היא בעלת היתרון הייחודי של היותה תואמת ביולוגית ויכולה לספק רכיבי מטריצה חוץ-תאית חיוניים (ECM) המאפשרים שילוב תאים. עם זאת, בשל חוסר יישור פיברילר, המאפיינים המכניים של הגיד המהונדס (ET) נחותים מהגיד המקומי. כדי להגדיל את התכונות המכניות של הקולגן החלש, נעשה שימוש בשיטות רבות, כגון הצלבה פיזית תחת ואקום, קרינת UV וטיפולים דהידרותרמיים1. כמו כן, באמצעות הצלבה כימית עם ריבופלבין, שיטות אנזימטיות ולא אנזימטיות הגדילו את צפיפות הקולגן ואת המודולוס של יאנג של הקולגן במבחנה2,3. עם זאת, על ידי הוספת סוכנים קישור צולב, תאימות ביולוגית של הקולגן נפגעת, כמו מחקרים הראו שינוי 33% במאפיינים מכניים ו 40% אובדן הכדאיות התא3,4,5. צבירה הדרגתית של יישור וכוח מכני ניתן להשיג באמצעות טעינה מחזורית6; עם זאת, ניתן לרכוש זאת ביעילות in vivo7.

עבור ET להשתלב ב vivo ולרכוש כוח ללא צורך בשינוי כימי, גישה אחת תהיה להשתמש בטכניקת תפר מייצבת כדי להחזיק את המבנה החלש במקום. רוב תיקוני הגידים מסתמכים על עיצוב התבר כדי להחזיק קצוות גידים יחד; מכאן שינוי של טכניקות קיימות אלה יכול לספק פתרון לוגי8,9.

עד שנות השמונים, תיקונים 2 גדילים היו בשימוש נרחב, אבל ספרות כירורגית האחרונה מתארת את השימוש של 4 גדילים, 6 גדילים או אפילו 8 גדילים בתיקון10,11. בשנת 1985, Savage תיאר טכניקות תפר 6 גדילים עם 6 נקודות עיגון, וזה היה חזק משמעותית מאשר טכניקת התפר בונל המשתמש 4 גדילים 12. כמו כן, תיקוני 8 גדילים חזקים ב -43% מאשר גדילים אחרים בגופה ובדגמי situ, אך תיקונים אלה אינם מתורגלים באופן נרחב מכיוון שקשה מבחינה טכנית לשחזר את התיקונים במדויק13,14,15,16. לכן, מספר גדול יותר של גדילי תפירת ליבה מתייחס לעלייה פרופורציונלית בתכונות הביומכניות של הגיד המתוקן. עם זאת, יש אובדן של כדאיות התא סביב נקודות התפירה, וטראומה מתפירה מוגזמת יכולה להיות לרעת הגיד, אשר יכול לסכןריפוי גיד 17. טכניקות תזרים צריכות לספק תיקון גיאומטרי חזק כי הוא מאוזן יחסית inelastic כדי למזער את הגידים gapping לאחר התיקון. בנוסף, המיקום של התפר ואת הקשרים שלה צריך להיות ממוקם אסטרטגית על מנת שהם לא להפריע גלישה, אספקת דם וריפוי עד צבירה של כוח נאות הושג10,18.

כדי לבסס היתכנות לאבטחת שתל ET חלש יותר או חומר שתל אחר בין גיד קרוע, פיתחנו טכניקת תפר חדשנית שיכולה לפרוק את השתל כך שהוא יכול להבשיל ולהשתלב בהדרגה ברקמה המארחת ב vivo.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

הערה: תכנון ניסוי ואישור אתי התקבלו מוועדת הביקורת המוסדית של UCL (IRB). כל הניסויים בוצעו בהתאם לרגולציה של משרד הפנים והנחיות בעלי חיים (הליך מדעי) חוק 1986 עם חקיקה מתוקנת של ההוראה האירופית 2010/63/האיחוד האירופי (2013). ארנבים נבדקו על ידי מנתח וטרינרי בשם (NVS) מעת לעת ופעמיים ביום על ידי קצין טיפול ורווחה לבעלי חיים בשם (NACWO) (בהתאם להנחיות ולתקנות של משרד הפנים). הם לא הראו שום סימן של כאב עד שהם מורדמים.

1. הכנת שתל גיד מהונדס רקמה (ET)

  1. כדי לפברק את הידרוג'ל הקולגן, הוסיפו 4 מ"ל של קולגן מסוג עכברוש מסוג 1 תמיסת קולגן מונומרית (2.15 מ"ג/מ"ל ב-0.6% חומצה אצטית עם 0.2% w/v של חלבון כולל) ו-500 מיקרול של 10x בינוני מינימלי חיוני. לנטרל את זה על ידי titrating נגד 5 M ו 1 M נתרן הידרוקסיד ולהוסיף 500 μL של מדיום הנשר שונה של Dulbecco (DMEM).
  2. יוצקים 5 מ"ל מפתרון זה לתוך תבנית מתכת מלבנית מובנית בהתאמה אישית (33 מ"מ × 22 מ"מ × 10 מ"מ, 120 גרם משקל)(איור 1). שמור את התבנית באינקובטור CO2 ב 37 °C ו 5% CO2 במשך 15 דקות כדי לאפשר הרכבת מטריצה19.

2. ייצור השתל

  1. לאחר פילמור, הסירו את הידרוג'ל הקולגן מהתבנית והכניסו למכלול דחיסת פלסטיק סטנדרטי (איור 2A)19.
  2. מניחים את הידרוג'ל הקולגן בין שני יריעות רשת ניילון 50 מיקרומטר ולהחיל עומס סטטי של 120 גרם (שטח פנים כולל 7.4 ס"מ2,שהוא שווה ערך ללחץ ל 1.6 kPa) במשך 5 דקות כדי להסיר נוזל interstitial מן הידרוג'ל (איור 2A). השתמש בארבע שכבות של נייר סינון כדי לספוג את הנוזל המשוחרר מהידרוג'לים.
  3. השתמשו בארבע שכבות של ג'לים דחוסים מגולגלים זה על גבי זה(איור 2B)וחתכו למקטעי 15 מ"מ(איור 2C)כדי לפברק את ה-ET.
    הערה: ארנבות זכרים לבנים חדשים של Zeland בגילאי 16 - 25 שבועות שימשו בניסויים.
  4. להרדים בעלי חיים עם מינון תוך שרירי (i.m.) של Hypnorm (0.3 מ"ג / מ"ל) ולהמית על ידי מתן מנת יתר של פנטוברביטון.
  5. מיד לאחר המתת חסד, לקצץ את השיער על שתי הרגליים האחוריות. לאחר מכן עם להב כירורגי בגודל 20, לעשות חתך 9 ס"מ סביב האזור טיביופיבולרי נחות לחשוף את גיד האחורי טיביאליס (TP).
  6. עם אותו להב כירורגי בגודל, excise גידים TP לפין עם אורך ממוצע של 70 מ"מ ולשמור לח PBS במהלך התהליך הניסיוני כדי למנוע ייבוש.

3. טכניקת טנורהאפי חדשנית מפותחת

הערה: התפרים (ראה טבלה של חומרים) אינם נספגים ועשויים סטריאואיסומר גבישי איזוטקטי של פוליפרופילן, שהוא פוליאולפין ליניארי סינתטי. התפרים המשולבים העיקריים היו מורכבים בעיקר מ-3-0 והתפרים ההיקפיים היו 6-0. אלה היו שני התפרים העיקריים ששימשו בכל הניסויים.

  1. עם להב כירורגי, לחתוך את גיד TP בנקודת האמצע. יש לבלום קטע של 15 מ"מ של הגיד מאמצע הגיד ולהחליף אותו בשתל קולגן ET(איור 2D). שלבו את התות 3-0 הרחק מקצים של גידים מקומיים(איור 3A).
  2. מעבירים את התפרים 3-0 מעל כל אורך השתל ומשלבים בזיזות מהקצה החתוך.
  3. אבטחו את שני קצות ה-ET לגיד המקומי עם 6-0 ותפרים רציפים ברחבי הפריפריה על ידי צימוד שני קצותגיד (איור 3B). זה נעשה כך השתל ניתן להזיז בקלות על התבר על ידי הצבת מתח על הגיד המקומי20.
  4. לאחר אבטחת התפר כמתואר לעיל, ודא באופן ידני כי המתח על התפרים הוא מתאים וכי אין רפיון בכל התפר.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

השתמשנו בתלי קולגן מפוברקים מקולגן מסוג I, מכיוון שזהו החלבון השולט שנמצא בגיד. הוא מהווה כמעט 95% מכלל הקולגן בגיד; לפיכך, קולגן הציג את כל המאפיינים האידיאליים לחיקוי גידים ב vivo21,22.

במחקר זה, סוג קולגן השתמשתי הופק בגיד זנב חולדה ומומס בחומצה האצטית (2.15 מ"ג / מ"ל). כדי פולימר קולגן זה, זה היה מנוטרל עם נתרן הידרוקסיד במבחנה, אשר יצר לא מקושרים אניזוטרופית קולגן fibrils. הידרוג'ל זה מכיל 98% נוזלים ויכול לחקות רקמה חיה ב vivo בתוך 20 דקות במהלך ייצור23. עם זאת, הידרוג'ל זה חלש מכנית; לכן, כדי להגדיל את המאפיינים המכניים, פיתחנו שיטה לדחיסה מהירה של הידרוג'ל קולגן על ידי טכניקה המכונה "דחיסת פלסטיק", שבה מידת הדחיסה היא פרופורציונלית ישירות למשקל החל בחלק העליון ושחרור נוזלים ממשטח היציאה הנוזלי (FLS)19.

גלגול ספירלה של שתל זה מגדיל את תכונותיו המכניות19, אבל השתל נשאר חלש משמעותית מאשר הגיד המקומי. כדי לטפל בבעיה זו, פיתחנו טכניקת תפר חדשנית שונה על ידי הצבת נקודות תפר, לא בקצה גידים מקרע אלא באופן קרוב ומדולדק משם. לכן, כוחו של התיקון הוא על התפרים ונקודות התפר ולא על שתל הגיד החלש יותר מבחינה מכנית.

כדי להדגים את הפונקציונליות של טכניקת התפירה החדשה שפותחה, גיד TP לפין נקטע. הפער התמלא בשתל גיד באורך 15 מ"מ המאובטח בתפרים 6-0, ותפרים שלובים 3-0 הונחו ב-70 מ"מ כדי לשמש מחסומי עומס(איור 3A). כוח ההפסקה הממוצע של התיקון היה 50.62 ± 8.17 N, שהיה גבוה משמעותית(p < 0.05) מזה של תיקון קסלר של 12.49 ± 1.62 N (איור 4A). לפיכך, אורך תפר הליבה שלהם שלובות מן הגיד מסתיים להשפיע באופן משמעותי על ההתנגדות של הגיד ואת התיקונים מכישלון בכוחות בסדר גודל גבוה יותר24,25.

התנגדות זו לא הייתה מספקת בתיקונים הבקרה אשר גרם לכשל תיקון מוקדם וכשל במתח של יותר מ -20% על הגיד. עם זאת, זוהי אנומליה פיזיולוגית, כמו גידים ויוו הם אף פעם לא כפופים 20% מתוחים לא להיות מספיק מקום עבור גיד להרחיב כל כך הרבה; לכן כדי לבדוק את ההיתכנות של טכניקת התפר בדגמי vivo, ביצענו תיקון במקום וחישבנו כוח הפסקה ממוצע של 24.60 ± 3.92 N, שהוא גבוה משמעותית מאשר כוח הפסקה ממוצע של 13.98 ± 2.26 N (איור 4B).

Figure 1
איור 1: הידרוג'ל קולגן מנוטרל (pH 7.4) (צבע ורוד) יצוק בתבנית נירוסטה. ג'ל הורשה להישאר בחממה CO2 ב 37 °C (50 °F) במשך 20 דקות עבור פיברילוגנזה להתרחש. סרגל קנה המידה מוצג בתחתית. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.

Figure 2
איור 2: תהליך דחיסת פלסטיק. (A) הידרוג'ל הקולגן שהונח בין רשתות ניילון עם עומס סטטי קבוע של 120 גרם מיושם. נוזל מנוקז נספג על ידי ארבע שכבות של נייר סינון. החץ מציג את משטח היציאה הנוזלי (FLS) עבור הג'ל. (B) ארבע שכבות של יריעות קולגן דחוסות התגלגלו לאורך הציר כדי ליצור 'גיד מהונדס' (ET). (C) החלק של ET נחתך למקטעי 15 מ"מ כדי לחקות גידים. (D) פגם הגיד נוצר בגיד המקומי (NT) על ידי כריתת קטע 15 מ"מ של גיד טיביאל אחורי, והפגם היה מלא ET. חלונית זו שונתה מעבודהקודמת 26. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.

Figure 3
איור 3: (A) פגם בגיד התמלא ב- ET והובטח בתפרים 6-0, וטכניקת תפר ארבעת הגדילים המשולבת 3-0 בוצעה מעבר מעל השתל באזור 30 מ"מ. חץ בלוק מציג את נקודת ההתחלה עבור התפר והחץ הריק מציג את נקודת הקצה של התפר. חלונית זו שונתה מעבודהקודמת 26. (ב) היתכנות לביצוע טכניקת תפר מפותחת בחלל בתוך מודל לפין(במקום). אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.

Figure 4
איור 4: חוזק מכני. (A) פלט בדיקה מכני של התיקון ו-(B) בפלט הבדיקה המכנית (קווי שגיאה = SD; *p < 0.05, ANOVA בכיוון אחד עם תיקון בונפרוני). חלונית זו שונתה מעבודהקודמת 26. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

במחקר זה, שתלים קולגן מסוג I נבחרו שתל גיד כי קולגן הוא פולימר טבעי ומשמש biomaterial עבור יישומים שונים הנדסתרקמות 27,28. כמו כן, קולגן מהווה 60% מהמסה היבשה של הגיד, מתוכם 95% קולגן מסוג 1 21,29,30,31,32. עבור חריטה מוצלחת להתרחש, תכונות מכניות של השתל צריך להתאים באופן אידיאלי את הגיד המקומי33; עם זאת, עם טכניקות ההנדסה הנוכחיות, המאפיינים המכניים של ET (4.41 N) נחותים באופן משמעותי מהגיד המקומי (NT) (261.08 N)33. מוצע כי הסיבה לכך היא הסידור ההיררכי המאורגן ביותר של פרבר קולגן בגיד המקומי, אשר נשאר אתגר להנדס ולהתאים את המאפיינים המכניים שלה34. ניסינו להגדיל את הצפיפות של מטריצת ET על ידי החלת משקל סטטי של דחיסה על הידרוג'ל קולגן33; עם זאת, המורכבות האדריכלית שממנה הגיד רוכש את כוחו מורכבת יותר. שיטות לצבור כוח מכני ניתן לטעון מושגים בצורה הטובה ביותר vivo, שבו התהליכים הביולוגיים המארח יכול לפעול על שיפוץ של מטריצה חוץ תאית. לכן, במחקר זה, אסטרטגיה אחרת אומצה כדי לשנות את טכניקת התות הנוכחית כמו תיקון גיד פוסט; הכוח המכני של שתל הגיד המתוקן תלוי לחלוטין בטכניקת התפר8,9. לפיכך, על ידי שינוי טכניקות התיפוי הקיימות, אנו יכולים לפרוק את השתל הגיד המהונדס עד שהתא ו- ECM המושרה שיפוץ מתרחש כגישה חדשה.

עד כה, ישנן טכניקות תפר שונות זמינות לתיקון הגיד, שאף אחת מהן אינה תקן זהב; עם זאת, טכניקת התפירה של קסלר שונה נמצאת בשימוש נרחב לתיקון גידים מכיוון שהיא פחות חסימתית ומזיקה לגידים35,36. גיד שריר הכבשים של הכבשים, כאשר הוא תופר בטכניקת Savage 6 גדילים, דווח כ בעל כוח שבירה של 51.3 טון, אך כאשר נעשה שימוש בטכניקת תפר קסלר שונה, כוח ההפסקה היה 69.0 N7. עם זאת, במחקר זה, כאשר פער הגידים של 15 מ"מ היה מלא ET ותיקן עם טכניקת תפר קסלר שונה, התיקון נכשל בשלב מוקדם עם כוח הפסקה של 12.49 N (איור 4). ערך נמוך זה הופך את הטכניקה ללא רלוונטית מבחינה קלינית. ממצאים דומים דווחו על ידי De Wit et al. במודל תיקון גיד מכופף חזירים, מה שמצביע על כך שתיקון קסלר נכשל בקרע בתפירה על ידי הפחתת ספיגה ב -15% בהשוואה לתיקון צליבה, שם gapping מופחת ב -87% והתיקון נכשל במשלוףתפירה 38. לכן, יש צורך בטכניקת תפר חזקה נוספת, אשר יכול להחזיק ET חלש יותר מבחינה מכנית במקום.

טכניקת תפר חדשנית שונה פותחה באמצעות ארבעה תפרי ליבה לאורך כל ה- ET ומעל הגיד הנגדי. תפרים אלה היו שלובות על חומר התפר עצמו במרחק מה מכל קצה גיד. הסיבה לכך היא בעיקר כי דווח כי לשים קשרים תבר במרחק שווה ומתח שיתוף עומס שווה על כל גדילי תיל מגביר את המאפיינים המכניים שלהם39. תיקון מאוזן יכול להיות מושגת גם על ידי שמירה על תפר רציף, ו מדהים את התיקון כדי לאפשר דחיסה באתר התיקון40.

במחקר זה, 3-0 תפרים שימשו תפרים שלובים החוצה בהתחשב בכך גיד TP ארנב יש אורך, רוחב ועובי של 62.4 מ"מ, 5 מ"מ ו 1.5 מ"מ, בהתאמה. 6-0 תפרים שימשו להחזיק את ET במקום. למרות שניסינו חומרי תפר נספגים אחרים, זה לא יהיה מתאים כפי שהם הופכים חלשים יותר על פני תקופה ויו41. הסיבה העיקרית לכך שנבחרה תפרי פוליפרופילן היא מכיוון שהם מונפילמנט, כמו גם לא נספגים והם אינם גורמים לשינויים מבניים או מתיחות תחת עומס42. בדקנו את כל התפרים מ 2-0 ל 7-0, אבל 3-0 ו 6-0 נמצאו כמועמדים אידיאליים לניסויים שלנו 26.

הסיבה העיקרית לשימוש בתיקון 4 גדילים הייתה למנוע נזק מוגזם לקצוות גידים קרועים עם מספר גדול יותר של גדילי תפר כפי שדווח כי תפר כירורגי רגיל בגיד גורם להיווצרות של אזור אסלולר43. ההשערה היא כי הסיבה לכך היא התאים הנודדים מתוך העומס הדחוס שמונח על הגיד, ובדרך כלל תאים אלה כפופים לטעינת מתיחה17. נדידה זו של תאים הרחק מהתפר עלולה לגרום להיחלשות המטריצה מכיוון שיש מחסור בתאים כדי לשמור על המטריצה ולהתחלף אותה, מה שעלול לגרום לכשל גידים מוקדם17. אנחנו יכולים להשתמש ביותר גדילים של תפרים כי הם ביומכניים חזקים פי שניים(ex vivo) מאשר תפרים 4גדילים 11,12,44,45; עם זאת, תיקונים אלה אינם מתורגלים באופן נרחב ואת המגבלות הקליניות שלהם מוערכים כעת13,14,15,16.

המיקום של קשר התפר חשוב אבל יש טיעונים בעד ונגד החצנה של התפר. לאחר תפר על המשטח החיצוני יכול פוטנציאל snag נגד מבנים כמו גלגלות גיד ולהפחית להחליק. במחקר, האזורים שבהם קשרים תפירה ממוקמים בפנים המחישו ירידה בהתנגדות גלישה לעומת תיקון קסלר, אשר יש קשרים תפירה מחוץ46. מחקרים שנערכו במודל הכלבים הגיעו למסקנה כי בעוצמה גבוהה יותר של הכוח, פחות קשרים תפר הממוקם מחוץ לתיקון והרחק מן הגידים שרדו לעומת אלה הממוקמים בתוך התיקון47,48. עם זאת, הפנמת הקשר עשויה להפחית את פני השטח של גיד הריפוי. יש גם את השיקול כי נזק לרקמות נובע מחט התפירה חודר את הגיד ואת המספר הגדול יותר של מעברים מתייחס טראומת הגידמוגברת 49.

כדי להבטיח ET בין פער הגידים, בוצע תקן של תפריריצה 50 לאורך קצה הגיד ו- ET. זה נעשה כי היה צורך תפרים היקפיים כי הם חזקים מספיק כדי להחזיק את ET במקום בשלב הראשוני של ריפוי עד התא ו ECM המושרה שיפוץ יכול להתרחש50. הבעיה העיקרית הייתה השונות במאפיינים המכניים של NT ו- ET, אשר יכול לגרום היווצרות פער מוקדם למרות ET היה מוגן בלחץ. מצד שני, החלת טכניקה מאובטחת יותר כגון תפרים תוך-אפיבר מזרן אופקי51, התפרים אופקיים רציפים Halsted52,53, תפר צולב טכניקות תיקון אפיטנדיני54,55,56,57 או תפרי מנעולפועלים 58,59 היה נקרע ET כפי שהוא שביר. לכן, בחרנו להפעיל תפרים כניקת תפר היקפית שהיא פשוטה ומחזיקה את ה- ET ללא פגע לכל הכיוונים.

מנקודת מבט של הנדסת רקמות, עלינו ללמוד אם שיטה זו יכולה לשמש למילוי פער גידים הגדול מ-1.5 ס"מ. כדי להשתמש בשתל זה בניסויים קליניים בבני אדם, עלינו לחקור עוד יותר את התגובה החיסונית למקור הקסנוגני של קולגן למרות שניתן להשיג זאת על ידי פיתוח קולגן ברמה קלינית. הפרוטוקול המתואר כאן קובע את ההיתכנות של טכניקת התפירה המפותחת בתוך חללים אנטומיים זמינים במודל לפין חזירי. טכניקת תפר מפותחת זו כוללת נקודות תפר בסמיכות ובשלווה הרחק מקצוות גידים קרועים, כך שתל גיד מהונדס יכול להיות טעון. לפיכך, זה יכול להבשיל ולהשתלב ויוו.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

המחברים מצהירים כי אין להם ניגודי עניינים.

Acknowledgments

המחברים רוצים להכיר UCL למימון הפרויקט הזה.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Rat tail type 1 Collagen  First Link, Birmingham, UK 60-30-810
prolene sutures 6-0 Ethicon Ltd, Edinburgh, U.K. EP8726H
prolene sutures 3-0 Ethicon Ltd, Edinburgh, U.K. D8911
Whatman filter paper SIGMA-ALDRICH  WHA10010155
Gibco DMEM, high glucose Thermo Fisher Scientific  11574486
Nylon mesh  Plastok (Meshes and Filtration) Ltd. NA

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Wollensak, G., Spoerl, E., Seiler, T. Riboflavin/ultraviolet-a-induced collagen crosslinking for the treatment of keratoconus. American Journal of Ophthalmology. 135, 620-627 (2003).
  2. Tanzer, M. L. Cross-Linking of Collagen. Science. 180, 561-566 (1973).
  3. Reiser, K., McCormick, R. J., Rucker, R. B. Enzymatic and nonenzymatic cross-linking of collagen and elastin. FASEB Journal. 6, 2439-2449 (1992).
  4. Kanungo, B. P., Gibson, L. J. Density-property relationships in collagen-glycosaminoglycan scaffolds. Acta Biomaterialia. 6, 344-353 (2010).
  5. Weadock, K. S., Miller, E. J., Bellincampi, L. D., Zawadsky, J. P., Dunn, M. G. Physical crosslinking of collagen fibers: comparison of ultraviolet irradiation and dehydrothermal treatment. Journal of Biomedical Materials Research. 29, 1373-1379 (1995).
  6. Kalson, N. S., et al. Slow Stretching That Mimics Embryonic Growth Rate Stimulates Structural and Mechanical Development of Tendon-Like Tissue In Vitro. Developmental Dynamics. 240, 2520-2528 (2011).
  7. Torigoe, K., et al. Mechanisms of collagen fibril alignment in tendon injury: from tendon regeneration to artificial tendon. Journal of Orthopaedic Research. 29, 1944-1950 (2011).
  8. Ketchum, L. D. Suture materials and suture techniques used in tendon repair. Hand Clinics. 1, 43-53 (1985).
  9. Lawrence, T. M., Davis, T. R. A biomechanical analysis of suture materials and their influence on a four-strand flexor tendon repair. The Journal of Hand Surgery. 30, 836-841 (2005).
  10. Strickland, J. W. Development of flexor tendon surgery: Twenty-five years of progress. The Journal of Hand Surgery. 25, 214-235 (2000).
  11. Moriya, K., et al. Clinical outcomes of early active mobilization following flexor tendon repair using the six-strand technique: short- and long-term evaluations. The Journal of Hand Surgery, European volume. , (2014).
  12. Savage, R. In vitro studies of a new method of flexor tendon repair. Journal of Hand Surgery. 10, 135-141 (1985).
  13. Uslu, M., et al. Flexor tendons repair: effect of core sutures caliber with increased number of suture strands and peripheral sutures. A sheep model. Orthopaedics & Traumatology: Surgery & Research : OTSR. 100, 611-616 (2014).
  14. Osei, D. A., et al. The Effect of Suture Caliber and Number of Core Suture Strands on Zone II Flexor Tendon Repair: A Study in Human Cadavers. Journal of Hand Surgery. 39, 262-268 (2013).
  15. Dovan, T. T., Ditsios, K. T., Boyer, M. I. Eight-strand core suture technique for repair of intrasynovial flexor tendon lacerations. Techniques in Hand & Upper Extremity Surgery. 7, 70-74 (2003).
  16. Silva, M. J., et al. The effects of multiple-strand suture techniques on the tensile properties of repair of the flexor digitorum profundus tendon to bone. The Journal of Bone and Joint surgery. 80, American Volume 1507-1514 (1998).
  17. Wong, J. K., Alyouha, S., Kadler, K. E., Ferguson, M. W., McGrouther, D. A. The cell biology of suturing tendons. Matrix Biology. 29, 525-536 (2010).
  18. Strickland, J. W. Flexor Tendon Injuries: II. Operative Technique. The Journal of the American Academy of Orthopaedic Surgeons. 3, 55-62 (1995).
  19. Brown, R. A., Wiseman, M., Chuo, C. B., Cheema, U., Nazhat, S. N. Ultrarapid Engineering of Biomimetic Materials and Tissues: Fabrication of Nano- and Microstructures by Plastic Compression. Advanced Functional Materials. 15, 1762-1770 (2005).
  20. Sawadkar, P., Alexander, S., Mudera, V. Tissue-engineered collagen grafts to treat large tendon defects. Regenerative Medicine. 9, 249-251 (2014).
  21. Evans, J. H., Barbenel, J. C. Structural and mechanical properties of tendon related to function. Equine veterinary journal. 7, 1-8 (1975).
  22. Riley, G. P., et al. Glycosaminoglycans of human rotator cuff tendons: changes with age and in chronic rotator cuff tendinitis. Annals of the Rheumatic Diseases. 53, 367-376 (1994).
  23. Bell, E., Ivarsson, B., Merrill, C. Production of a tissue-like structure by contraction of collagen lattices by human fibroblasts of different proliferative potential in vitro. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 76, 1274-1278 (1979).
  24. Kim, H. M., et al. Technical and biological modifications for enhanced flexor tendon repair. The Journal of Hand Surgery. 35, 1031-1038 (2010).
  25. Kim, J. B., de Wit, T., Hovius, S. E., McGrouther, D. A., Walbeehm, E. T. What is the significance of tendon suture purchase. The Journal of Hand Surgery, European Volume. 34, 497-502 (2009).
  26. Sawadkar, P., et al. Development of a surgically optimized graft insertion suture technique to accommodate a tissue-engineered tendon in vivo. BioResearch Open Access. 2, 327-335 (2013).
  27. Hadjipanayi, E., et al. Mechanisms of structure generation during plastic compression of nanofibrillar collagen hydrogel scaffolds: towards engineering of collagen. Journal of Tissue Engineering and Regenerative Medicine. 5, 505-519 (2011).
  28. Micol, L. A., et al. High-density collagen gel tubes as a matrix for primary human bladder smooth muscle cells. Biomaterials. 32, 1543-1548 (2011).
  29. Lian Cen, L., Liu, W., Cui, L., Zhang, W., Cao, Y. Collagen Tissue Engineering: Development of Novel Biomaterials and applications. Pediatric Research. 63, 492-496 (2008).
  30. Harris, M. T., et al. Mesenchymal stem cells used for rabbit tendon repair can form ectopic bone and express alkaline phosphatase activity in constructs. Journal of Orthopaedic Research. 22, 998-1003 (2004).
  31. Butler, D. L., et al. The use of mesenchymal stem cells in collagen-based scaffolds for tissue-engineered repair of tendons. Nature Protocols. 5, 849-863 (2010).
  32. Cen, L., Liu, W., Cui, L., Zhang, W., Cao, Y. Collagen Tissue Engineering: Development of Novel Biomaterials and Applications. Pediatric Research. 63, 492-496 (2008).
  33. Yamaguchi, H., Suenaga, N., Oizumi, N., Hosokawa, Y., Kanaya, F. Will Preoperative Atrophy and Fatty Degeneration of the Shoulder Muscles Improve after Rotator Cuff Repair in Patients with Massive Rotator Cuff Tears. Advances in Orthopedics. 2012, 195876 (2012).
  34. Silver, F. H., Freeman, J. W., Seehra, G. P. Collagen self-assembly and the development of tendon mechanical properties. Journal of Biomechanics. 36, 1529-1553 (2003).
  35. Schneppendahl, J., et al. Initial stability of two different adhesives compared to suture repair for acute Achilles tendon rupture--a biomechanical evaluation. International Orthopaedics. 36, 627-632 (2012).
  36. Herbort, M., et al. Biomechanical comparison of the primary stability of suturing Achilles tendon rupture: a cadaver study of Bunnell and Kessler techniques under cyclic loading conditions. Archives of Orthopaedic and Trauma Surgery. 128, 1273-1277 (2008).
  37. Piskin, A., et al. Tendon repair with the strengthened modified Kessler, modified Kessler, and Savage suture techniques: a biomechanical comparison. Acta Orthopaedica et Traumatologica Turcica. 41, 238-243 (2007).
  38. de Wit, T., Walbeehm, E. T., Hovius, S. E., McGrouther, D. A. The mechanical interaction between three geometric types of nylon core suture and a running epitenon suture in repair of porcine flexor tendons. The Journal of Hand Surgery, European Volume. 38, 788-794 (2013).
  39. Trail, I. A., Powell, E. S., Noble, J. The mechanical strength of various suture techniques. Journal of Hand Surgery. 17, 89-91 (1992).
  40. Wong, J. K., Peck, F. Improving results of flexor tendon repair and rehabilitation. Plastic and Reconstructive Surgery. 134, 913-925 (2014).
  41. Amis, A. A. Absorbable sutures in tendon repair. Journal of Hand Surgery. 21, 286 (1996).
  42. Faggioni, R., de Courten, C. Short and long-term advantages and disadvantages of prolene monofilament sutures in penetrating keratoplasty. Klinische Monatsblatter fur Augenheilkunde. 200, 395-397 (1992).
  43. Wong, J. K., Cerovac, S., Ferguson, M. W., McGrouther, D. A. The cellular effect of a single interrupted suture on tendon. Journal of Hand Surgery. 31, 358-367 (2006).
  44. Savage, R., Risitano, G. Flexor tendon repair using a "six strand" method of repair and early active mobilisation. Journal of Hand Surgery. 14, 396-399 (1989).
  45. Okubo, H., Kusano, N., Kinjo, M., Kanaya, F. Influence of different length of core suture purchase among suture row on the strength of 6-strand tendon repairs. Hand Surgery. 20, 19-24 (2015).
  46. Noguchi, M., Seiler, J. G., Gelberman, R. H., Sofranko, R. A., Woo, S. L. In vitro biomechanical analysis of suture methods for flexor tendon repair. Journal of Orthopaedic Research. 11, 603-611 (1993).
  47. Aoki, M., Pruitt, D. L., Kubota, H., Manske, P. R. Effect of suture knots on tensile strength of repaired canine flexor tendons. Journal of Hand Surgery. 20, 72-75 (1995).
  48. Pruitt, D. L., Aoki, M., Manske, P. R. Effect of suture knot location on tensile strength after flexor tendon repair. The Journal of Hand Surgery. 21, 969-973 (1996).
  49. Khor, W. S., et al. Improving Outcomes in Tendon Repair: A Critical Look at the Evidence for Flexor Tendon Repair and Rehabilitation. Plastic and Reconstructive Surgery. 138, 1045-1058 (2016).
  50. Strickland, J. W. Flexor Tendon Injuries: I. Foundations of Treatment. The Journal of the American Academy of Orthopaedic Surgeons. 3, 44-54 (1995).
  51. Mashadi, Z. B., Amis, A. A. Strength of the suture in the epitenon and within the tendon fibres: development of stronger peripheral suture technique. Journal of Hand Surgery. 17, 172-175 (1992).
  52. Wade, P. J., Muir, I. F., Hutcheon, L. L. Primary flexor tendon repair: the mechanical limitations of the modified Kessler technique. Journal of Hand Surgery. 11, 71-76 (1986).
  53. Wade, P. J., Wetherell, R. G., Amis, A. A. Flexor tendon repair: significant gain in strength from the Halsted peripheral suture technique. Journal of Hand Surgery. 14, 232-235 (1989).
  54. Silfverskiold, K. L., May, E. J. Gap formation after flexor tendon repair in zone II. Results with a new controlled motion programme. Scandinavian Journal of Plastic and Reconstructive Surgery and Hand Surgery / Nordisk Plastikkirurgisk forening [and] Nordisk Klubb for Handkirurgi. 27, 263-268 (1993).
  55. Silfverskiold, K. L., May, E. J., Tornvall, A. H. Gap formation during controlled motion after flexor tendon repair in zone II: a prospective clinical study. The Journal of Hand Surgery. 17, 539-546 (1992).
  56. Silfverskiold, K. L., May, E. J. Flexor tendon repair in zone II with a new suture technique and an early mobilization program combining passive and active flexion. The Journal of Hand Surgery. 19, 53-60 (1994).
  57. Pennington, D. G. Atraumatic retrieval of the proximal end of a severed digital flexor tendon. Plastic and Reconstructive Surgery. 60, 468-469 (1977).
  58. Lin, G. T., An, K. N., Amadio, P. C., Cooney, W. P. Biomechanical studies of running suture for flexor tendon repair in dogs. The Journal of Hand Surgery. 13, 553-558 (1988).
  59. Papandrea, R., Seitz, W. H., Shapiro, P., Borden, B. Biomechanical and clinical evaluation of the epitenon-first technique of flexor tendon repair. The Journal of Hand Surgery. 20, 261-266 (1995).

Tags

ביו-הנדסה גיליון 178 תיקון גידים הנדסת רקמות קולגן שתל גידים טכניקת תפר גיד
טכניקת תפירת טנורהאפי חדשנית עם שתל קולגן מהונדס רקמה לתיקון פגמים גדולים בגיד
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Sawadkar, P., Wong, J., Mudera, V. A … More

Sawadkar, P., Wong, J., Mudera, V. A Novel Tenorrhaphy Suture Technique with Tissue Engineered Collagen Graft to Repair Large Tendon Defects. J. Vis. Exp. (178), e57696, doi:10.3791/57696 (2021).

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