Waiting
Login processing...

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

Bioengineering

Een nieuwe tenorrfaphy hechttechniek met weefselmanipulatie collageentransplantaat om grote peesdefecten te repareren

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

In dit artikel presenteren we een in vitro en in situ protocol om een peesspleet van maximaal 1,5 cm te herstellen door deze te vullen met gemanipuleerd collageentransplantaat. Dit werd uitgevoerd door een aangepaste hechttechniek te ontwikkelen om de mechanische belasting te nemen totdat het transplantaat in het gastheerweefsel rijpt.

Abstract

Chirurgisch beheer van grote peesdefecten met peestransplantaten is een uitdaging, omdat er een eindig aantal plaatsen is waar donoren gemakkelijk kunnen worden geïdentificeerd en gebruikt. Momenteel wordt deze leemte opgevuld met peesauto-, allo-, xeno- of kunstmatige grafts, maar klinische methoden om ze te beveiligen zijn niet noodzakelijkerwijs vertaalbaar naar dieren vanwege de schaal. Om nieuwe biomaterialen te evalueren of een peestransplantaat bestaande uit collageen type 1 te bestuderen, hebben we een aangepaste hechttechniek ontwikkeld om de gemanipuleerde pees in lijn te houden met de peepunten. Mechanische eigenschappen van deze grafts zijn inferieur aan de inheemse pees. Om gemanipuleerde pees op te nemen in klinisch relevante modellen van belast herstel, werd een strategie aangenomen om het weefsel gemanipuleerde peestransplantaat te ontlasten en de rijping en integratie van de gemanipuleerde pees in vivo mogelijk te maken totdat een mechanisch gezonde neopees werd gevormd. We beschrijven deze techniek met behulp van de integratie van het collageen type 1 weefsel gemanipuleerde pees construct.

Introduction

Peesruptuur kan optreden als gevolg van extrinsieke factoren zoals traumatische scheuren of overmatige belasting van de pees. Door de externe trekkrachten die op een peesreparatie worden geplaatst, ontstaat er onvermijdelijk een opening bij de meeste peeshersteltechnieken. Momenteel worden peesdefecten/gaten opgevuld met auto-, allo-, xeno- of kunstmatige grafts, maar hun beschikbaarheid is eindig en de donorplaats is een bron van morbiditeit.

De weefselmanipulatiebenadering om peestransplantaat te fabriceren uit een natuurlijk polymeer zoals collageen heeft het onderscheidende voordeel dat het biocompatibel is en vitale extracellulaire matrix (ECM) componenten kan leveren die celintegratie vergemakkelijken. Door een gebrek aan fibrillaire uitlijning zijn de mechanische eigenschappen van de gemanipuleerde pees (ET) echter inferieur aan de inheemse pees. Om de mechanische eigenschappen van het zwakkere collageen te verhogen, zijn veel methoden gebruikt, zoals fysieke cross-linking onder vacuüm, UV-straling en dehydrothermale behandelingen1. Ook door chemische cross-linking met riboflavine verhoogden enzymatische en niet-enzymatische methoden de collageendichtheid en de Young's modulus van het collageen in vitro2,3. Door het toevoegen van cross-linking middelen wordt de biocompatibiliteit van het collageen echter aangetast, aangezien studies een verandering van 33% in mechanische eigenschappen en 40% verlies van levensvatbaarheid van de cel hebben aangetoond3,4,5. Geleidelijke opbouw van uitlijning en mechanische sterkte kan worden verkregen door cyclische belasting6; dit kan echter efficiënt worden verkregen in vivo7.

Om ET in vivo te integreren en kracht te verkrijgen zonder de noodzaak van chemische verandering, zou een benadering zijn om een stabiliserende hechttechniek te gebruiken om het zwakkere construct op zijn plaats te houden. De meeste peesreparaties zijn afhankelijk van het hechtontwerp om peesuiteinden bij elkaar te houden; daarom zou aanpassing van deze bestaande technieken een logische oplossing kunnen bieden8,9.

Tot de jaren 1980 werden 2-streng reparaties veel gebruikt, maar recente chirurgische literatuur beschrijft het gebruik van 4 strengen, 6 strengen of zelfs 8 strengen in reparatie10,11. In 1985 beschreef Savage 6-strengs hechttechnieken met 6 ankerpunten, en het was aanzienlijk sterker dan de Bunnell-hechttechniek die 4 strengen 12gebruikt. Ook zijn 8-streng reparaties 43% sterker dan andere strengen in kadaver- en in situ-modellen, maar deze reparaties worden niet op grote schaal toegepast omdat het technisch moeilijk wordt om de reparaties nauwkeurig te reproduceren13,14,15,16. Daarom heeft een groter aantal kernnaadstregen betrekking op een evenredige toename van de biomechanische eigenschappen van de gerepareerde pees. Er is echter een verlies van levensvatbaarheid van de cel rond de hechtpunten en trauma door overmatig hechten kan ten koste gaan van de pees, wat de peesgenezing in gevaar kan brengen17. Hechttechnieken moeten zorgen voor een sterk geometrisch herstel dat evenwichtig en relatief inelastisch is om pees gapping na reparatie te minimaliseren. Bovendien moeten de locatie van de hechtdraad en de knopen strategisch worden geplaatst om ervoor te zorgen dat ze het glijden, de bloedtoevoer en de genezing niet verstoren totdat voldoende kracht is verkregen10,18.

Om de haalbaarheid vast te stellen om zwakkere ET-transplantaten of ander transplantaatmateriaal tussen gescheurde pezen te beveiligen, hebben we een nieuwe hechttechniek ontwikkeld die het transplantaat kan ontlasten, zodat het kan rijpen en geleidelijk in vivo in het gastheerweefsel kan integreren.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

OPMERKING: Experimentontwerp en ethische goedkeuring werden verkregen van de UCL Institutional Review Board (IRB). Alle experimenten werden uitgevoerd volgens de verordening van home office en richtlijnen van dieren (wetenschappelijke procedure) Act 1986 met herziene wetgeving van de Europese richtlijn 2010/63 / EU (2013). Konijnen werden periodiek geïnspecteerd door een benoemde dierenarts (NVS) en twee keer per dag door een benoemde dierenverzorgings- en welzijnsfunctionaris (NACWO) (volgens de richtlijnen en voorschriften van het thuiskantoor). Ze vertoonden geen enkel teken van pijn totdat ze werden geëuthanaseerd.

1. Voorbereiding van Tissue Engineered Pedon (ET) Graft

  1. Om de collageenhydrogel te fabriceren, voegt u 4 ml rattenstaartcollageen type 1 monomere collageenoplossing toe (2,15 mg / ml in 0,6% azijnzuur met 0,2% w / v totaal eiwit) en 500 μL 10x minimaal essentieel medium. Neutraliseer dit door te titreren tegen 5 M en 1 M natriumhydroxide en voeg 500 μL Dulbecco's Modified Eagle Medium (DMEM) toe.
  2. Giet 5 ml van deze oplossing in een op maat gemaakte rechthoekige metalen mal (33 mm × 22 mm × 10 mm, 120 g gewicht) (Figuur 1). Bewaar de mal in een CO2-incubator bij 37 °C en 5% CO2 gedurende 15 minuten om matrixassemblage19mogelijk te maken.

2. Fabricage van de Graft

  1. Verwijder na polymerisatie de collageenhydrogel uit de mal en plaats deze in een standaard plastic compressieassemblage (Figuur 2A)19.
  2. Plaats de collageenhydrogel tussen twee nylon gaasplaten van 50 μm en breng gedurende 5 minuten een statische belasting van 120 g aan (totale oppervlakte7,4cm 2 , wat een druk is die overeenkomt met 1,6 kPa) om interstitiële vloeistof uit de hydrogel te verwijderen(Figuur 2A). Gebruik vier lagen filtreerpapier om de afgevoerde vloeistof uit hydrogels te absorberen.
  3. Gebruik vier lagen samengeperste gels die op elkaar zijn gerold(figuur 2B)en in segmenten van 15 mm zijn gesneden(figuur 2C)om de ET te fabriceren.
    OPMERKING: New Zeland witte mannelijke konijnen van 16 - 25 weken werden gebruikt in de experimenten.
  4. Verdoof dieren met een intramusculaire (i.m.) dosis Hypnorm (0,3 mg/ml) en euthanaseer door toediening van een overdosis pentobarbiton.
  5. Knip onmiddellijk na euthanasie het haar op beide achterpoten. Maak vervolgens met een maat 20 chirurgisch mes een incisie van 9 cm rond het inferieure tibiofibulaire gebied om de tibialis posterior (TP) pees bloot te leggen.
  6. Met hetzelfde formaat chirurgische mes, verwijder lapine TP-pezen met een gemiddelde lengte van 70 mm en houd vochtig in PBS tijdens het experimentele proces om uitdroging te voorkomen.

3. Ontwikkelde nieuwe tenorrhaphy techniek

OPMERKING: De hechtingen (zie Tabel met materialen) zijn niet-absorbeerbaar en gemaakt van een isotactisch kristallijn stereo-isomeer van polypropyleen, een synthetische lineaire polyolefine. De kernverstrengelingsnaden bestonden voornamelijk uit 3-0 en de perifere hechtingen waren 6-0. Dit waren de twee belangrijkste hechtingen die in alle experimenten werden gebruikt.

  1. Snijd met een chirurgisch mes de TP-pees in het midden. Snijd een 15 mm segment van de pees uit het midden van de pees en vervang deze door het ET collageentransplantaat (Figuur 2D). Sluis de 3-0 hechting proximaal weg van de oorspronkelijke peesuiteinden (figuur 3A).
  2. Passeer de 3-0 kern hechtingen over de gehele lengte van het transplantaat en grijp distaal weg van het snij-uiteinde.
  3. Zet beide uiteinden van de ET vast aan de inheemse pees met 6-0 en continu lopende hechtingen rond de periferie door twee peesuiteinden te koppelen (figuur 3B). Dit wordt gedaan zodat het transplantaat gemakkelijk op de hechting kan worden verplaatst door spanning op de inheemse pees te plaatsen20.
  4. Na het vastzetten van de hechting zoals hierboven beschreven, moet u er handmatig voor zorgen dat de spanning op de hechtingen geschikt is en dat er geen slapte is in het geheel van de hechting.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

We hebben collageentransplantaten gebruikt die zijn vervaardigd uit type I collageen, omdat dit het overheersende eiwit is dat in de pees wordt aangetroffen. Het vormt bijna 95% van het totale collageen in de pees; vandaar dat collageen alle ideale eigenschappen heeft getoond voor het nabootsen van pees in vivo21,22.

In deze studie werd het gebruikte type I collageen geëxtraheerd uit de rattenstaartpees en opgelost in het azijnzuur (2,15 mg / ml). Om dit collageen te polymeriseren, werd het in vitro geneutraliseerd met natriumhydroxide, dat niet-verknoopte anisotrope collageenfibrillen vormde. Deze hydrogel bevat 98% vloeistof en kan levend weefsel in vivo nabootsen binnen 20 minuten tijdens de fabricage23. Deze hydrogel is echter mechanisch zwak; daarom hebben we, om de mechanische eigenschappen te verhogen, een methode ontwikkeld voor snelle compressie van collageenhydrogel door een techniek die bekend staat als 'plastic compressie', waarbij de mate van compressie recht evenredig is met het toegepaste gewicht aan de bovenkant en vloeistof vrijkomt uit het vloeistofuitlaatoppervlak (FLS)19.

Spiraalwalsen van dit transplantaat verhoogt zijn mechanische eigenschappen19, maar het transplantaat blijft aanzienlijk zwakker dan de inheemse pees. Om dit probleem aan te pakken, hebben we een nieuwe aangepaste hechttechniek ontwikkeld door hechtpunten te plaatsen, niet aan de rand van gescheurde pezen, maar proximaal en distaal weg. De sterkte van de reparatie ligt dus op de hechtingen en hechtpunten en niet op het mechanisch zwakkere peestransplantaat.

Om de functionaliteit van de ontwikkelde nieuwe hechttechniek aan te tonen, werd een lapine TP-pees weggesneden. De opening werd opgevuld met een 15 mm lange peestransplantaat beveiligd met 6-0 hechtingen en 3-0 in elkaar grijpende hechtingen werden op 70 mm geplaatst om als lasthekken te fungeren (figuur 3A). De gemiddelde breuksterkte van de reparatie was 50,62 ± 8,17 N, wat significant hoger was(p < 0,05) dan die van de controle Kessler-reparatie van 12,49 ± 1,62 N (figuur 4A). Vandaar dat de lengte van de kernnaad en hun in elkaar grijpen van de peesuiteinden de weerstand van de pees en de reparaties van het falen bij hogere magnitudekrachten24,25aanzienlijk beïnvloeden.

Deze weerstand was onvoldoende in de controlereparaties die vroege reparatiefouten en spanningsstoringen van meer dan 20% op de pees veroorzaakten. Dit is echter een fysiologische anomalie, omdat pezen in vivo nooit onderhevig zijn aan 20% spanning, omdat er niet genoeg ruimte is voor een pees om zoveel uit te breiden; daarom hebben we, om de haalbaarheid van de hechttechniek in vivo modellen te testen, reparatie in situ uitgevoerd en een gemiddelde breuksterkte berekend van 24,60 ± 3,92 N, wat aanzienlijk hoger is dan de controlegemiddelde breuksterkte van 13,98 ± 2,26 N (figuur 4B).

Figure 1
Figuur 1: Geneutraliseerde collageen hydrogel (pH 7,4) (roze kleur) gegoten in de roestvrijstalen mal. Gel mocht gedurende20 minuten in een CO 2-couveuse bij 37 °C blijven voordat fibrillogenese optrad. De schaalbalk wordt onderaan weergegeven. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

Figure 2
Figuur 2: Kunststof compressieproces. (A) De collageenhydrogel wordt tussen nylon mazen geplaatst met een constante statische belasting van 120 gram aangebracht. Afgetapte vloeistof werd geabsorbeerd door vier lagen filtreerpapier. De pijl toont het vloeistofuitlaatoppervlak (FLS) voor de gel. (B) Vier lagen samengeperst collageenplaten werden langs de as gerold om 'engineered pees' (ET) te vormen. (C) Het gedeelte van ET werd in segmenten van 15 mm gesneden om pees na te bootsen. (D) Het peesdefect werd gecreëerd in de inheemse pees (NT) door een segment van 15 mm van de achterste tibiale pees te exciëren en het defect werd gevuld met ET. Dit paneel is aangepast ten opzichte van eerder werk26. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

Figure 3
Figuur 3: (A) Peesdefect werd gevuld met ET en vastgezet met 6-0 hechtingen, en de 3-0 in elkaar grijpende vierstrengs hechttechniek werd uitgevoerd voorbij het transplantaat in het 30 mm-gebied. De blokpijl toont het beginpunt voor de hechting en de lege pijl toont het eindpunt van de hechtdraad. Dit paneel is aangepast ten opzichte van eerder werk26. (B) Haalbaarheid van het uitvoeren van ontwikkelde hechttechniek in een ruimte binnen lapine model(in situ). Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

Figure 4
Figuur 4: Mechanische sterkte. (A) Een mechanische testoutput van de reparatie- en (B) in situ mechanische testoutput (Foutstaven = SD; *p < 0,05, eenrichtings-ANOVA met Bonferroni-correctie). Dit paneel is aangepast ten opzichte van eerder werk26. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

In deze studie werd tissue engineered type I collageentransplantaten gekozen als peestransplantaat omdat collageen een natuurlijk polymeer is en wordt gebruikt als biomateriaal voor verschillende tissue engineering-toepassingen27,28. Ook vormt collageen 60% van de droge massa van pees, waarvan 95% type 1 collageen 21,29,30,31,32is. Om een succesvolle transplantatie te laten plaatsvinden, moeten de mechanische eigenschappen van het transplantaat idealiter overeenkomen met de oorspronkelijke pees33; met de huidige technische technieken zijn de mechanische eigenschappen van ET (4,41 N) echter aanzienlijk inferieur aan de inheemse pees (NT) (261,08 N)33. Er wordt voorgesteld dat dit te wijten is aan de sterk georganiseerde hiërarchische rangschikking van collageenfibril in de inheemse pees, die een uitdaging blijft om de mechanische eigenschappen ervan te engineeren en te matchen34. We hebben geprobeerd de dichtheid van de ET-matrix te verhogen door een statisch compressiegewicht toe te passen op de collageenhydrogel33; de architecturale complexiteit waaruit de pees zijn kracht haalt, is echter ingewikkelder. Methoden om mechanische sterkte op te bouwen kunnen aantoonbaar het beste in vivoworden bereikt , waarbij de biologische processen van de gastheer kunnen reageren op de hermodellering van de extracellulaire matrix. Daarom werd in deze studie een andere strategie gekozen om de huidige hechttechniek aan te passen als postpeesherstel; de mechanische sterkte van het gerepareerde peestransplantaat is volledig afhankelijk van de hechttechniek8,9. Daarom kunnen we, door bestaande hechttechnieken aan te passen, het gemanipuleerde peestransplantaat ontlasten totdat cel- en ECM-geïnduceerde remodellering als een nieuwe aanpak plaatsvindt.

Tot op heden zijn er verschillende hechttechnieken beschikbaar om de pees te repareren, waarvan geen enkele een gouden standaard is; de gemodificeerde Kessler hechttechniek wordt echter veel gebruikt om pezen te repareren omdat het minder belemmerend en schadelijk is voor pezen35,36. De flexor digitorum profundus spierpees van lammeren, wanneer gehecht met de 6-strengs Savage-techniek, had naar verluidt een breuksterkte van 51,3 N, maar toen een gemodificeerde Kessler-hechttechniek werd gebruikt, was de breuksterkte 69,0 N7. In deze studie, toen de peesspleet van 15 mm werd opgevuld met ET en gerepareerd met modified Kessler hechttechniek, mislukte de reparatie echter in een vroeg stadium met een breuksterkte van 12,49 N (figuur 4). Deze lage waarde maakt de techniek klinisch irrelevant. Vergelijkbare bevindingen zijn gemeld door De Wit et al. in een varkensflexor reparatie pees model, wat suggereert dat Kessler reparatie faalde bij hechting ruptuur door het verminderen van gapping met 15% in vergelijking met cruciate reparatie, waar gapping wordt verminderd met 87% en reparatie mislukt bij hechting pull-out38. Er is dus behoefte aan een andere sterke hechttechniek, die mechanisch zwakkere ET op zijn plaats zou kunnen houden.

Een nieuwe gemodificeerde hechttechniek werd ontwikkeld door vier kernnaden te gebruiken over de gehele lengte van de ET en boven de tegenovergestelde pees. Deze hechtingen waren op het hechtmateriaal zelf vastgezet op enige afstand van elk peesuiteinde. Dit komt vooral omdat is gemeld dat het plaatsen van hechtknopen op gelijke afstand en gelijke belastingsverdelingsspanning op alle hechtstrengen hun mechanische eigenschappen verhoogt39. Een uitgebalanceerde reparatie kan ook worden bereikt door een continue hechting te houden en de reparatie te spreiden om compressie op de reparatielocatie mogelijk te maken40.

In deze studie werden 3-0 hechtingen gebruikt voor buitenste in elkaar grijpende hechtingen, aangezien konijnen TP-pees een lengte, breedte en dikte heeft van respectievelijk 62,4 mm, 5 mm en 1,5 mm. 6-0 hechtingen werden gebruikt om de ET op zijn plaats te houden. Hoewel we andere absorbeerbare hechtmaterialen hebben geprobeerd, zou het niet gepast zijn omdat ze zwakkerworden over een periode in vivo41. Een primaire reden waarom polypropyleen hechtingen zijn geselecteerd, is omdat ze zowel monofilament als niet-absorbeerbaar zijn en ze geen structurele of spanningsaanpassingen veroorzaken onder belasting42. We testten alle hechtingen van 2-0 tot 7-0, maar 3-0 en 6-0 bleken ideale kandidaten voor onze experimenten 26.

De belangrijkste reden voor het gebruik van 4-strengenreparatie was om overmatige schade aan gescheurde peesuiteinden met een groter aantal hechtstrengen te voorkomen, omdat is gemeld dat een normale chirurgische hechting in een pees resulteert in de vorming van een acellulair gebied43. Er is verondersteld dat dit te wijten is aan de cellen die migreren uit de drukbelasting die op de pees wordt gelegd, en normaal gesproken zijn deze cellen onderhevig aan trekbelasting17. Deze migratie van cellen weg van de hechting kan dan verzwakking van de matrix veroorzaken, omdat er een tekort aan cellen is om de matrix te behouden en te veranderen, wat vroege peesuitval kan veroorzaken17. We kunnen meer strengen hechtingen gebruiken die biomechanisch twee keer zo sterk zijn(ex vivo) dan 4-strengs hechtingen11,12,44,45; deze reparaties worden echter niet op grote schaal toegepast en hun klinische beperkingen worden momenteel geëvalueerd13,14,15,16.

Het plaatsen van de hechtknoop is belangrijk maar er zijn argumenten voor en tegen het externaliseren van de hechting. Het hebben van de hechting op het buitenoppervlak kan mogelijk vastlopen tegen structuren zoals peespoelies en het glijden verminderen. In een studie illustreerden de gebieden waar hechtknopen binnen worden geplaatst een afname van de glijweerstand in vergelijking met de Kessler-reparatie, die hechtknopen buiten46heeft . Studies uitgevoerd in het hondenmodel concludeerden dat bij een hogere omvang van de kracht minder hechtknopen buiten de reparatie en weg van de peesuiteinden hadden overleefd in vergelijking met die in de reparatie47,48. Het internaliseren van de knoop vermindert echter mogelijk het contactoppervlak van de genezende pees. Er is ook de overweging dat weefselschade ontstaat door de hechtnaald die de pees doorboort en het grotere aantal passen heeft betrekking op het verhoogde peetrauma49.

Om ET tussen de peesspleet te beveiligen, werd een standaard van lopende hechtingen50 langs de rand van de pees en ET uitgevoerd. Dit werd gedaan omdat er behoefte was aan perifere hechtingen die sterk genoeg zijn om de ET op zijn plaats te houden in de beginfase van genezing totdat cel- en ECM-geïnduceerde remodellering kon plaatsvinden50. Het grootste probleem was de variatie in de mechanische eigenschappen van de NT en ET, wat kon resulteren in vroege gap-vorming, hoewel de ET was afgeschermd van stress. Aan de andere kant, het toepassen van een veiligere techniek zoals horizontale matras intrafiber hechtingen51, Halsted continue horizontale matras hechtingen52,53, kruissteek epitendineuze reparatietechnieken54,55,56,57 of lopende slot hechtingen58,59 zou ET hebben gescheurd omdat het fragiel is. Daarom kozen we voor lopende hechtingen als een perifere hechttechniek die eenvoudig is en de ET in alle richtingen intact houdt.

Vanuit het perspectief van tissue engineering moeten we onderzoeken of deze methode kan worden gebruikt om een peeskloof van meer dan 1,5 cm te vullen. Om dit transplantaat in klinische proeven bij mensen te gebruiken, moeten we de immunologische respons op de xenogene bron van collageen verder onderzoeken, hoewel dit kan worden bereikt door collageen van klinische kwaliteit te ontwikkelen. Het hierin beschreven protocol stelt de haalbaarheid vast van de ontwikkelde hechttechniek binnen beschikbare anatomische ruimten in een varkenslapinemodel. Deze ontwikkelde hechttechniek heeft hechtpunten proximaal en distaal op gelijke afstand van gescheurde peesuiteinden, zodat het peestransplantaat kan worden afgebouwd. Vandaar dat het kon rijpen en in vivointegreren .

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

De auteurs verklaren dat ze geen belangenconflicten hebben.

Acknowledgments

De auteurs willen de UCL bedanken voor de financiering van dit project.

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

Bio-engineering Peesherstel tissue engineering collageen peestransplantaat hechttechniek pees
Een nieuwe tenorrfaphy hechttechniek met weefselmanipulatie collageentransplantaat om grote peesdefecten te repareren
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