$$\rightleftharpoonup{xx}$$
$$\longleftharp{xx}$$,
$$\longrightharp{xx}$$,
Tüm hayvan deneyleri, Jikei Üniversitesi Hayvan Bakım ve Kullanım Komitesi tarafından onaylanan protokollere (onay numarası 2023–034C1) uygun olarak gerçekleştirilmiştir. Bu çalışma, pilot bir fizibilite çalışması olarak tasarlandı. Bu son derece hassas ve yenilikçi arka kafes yerleştirmenin büyük ölçekli doğrulamadan önce sıçan kuyruk omurgasına teknik uygulanabilirliğini değerlendirmek için, ilk teknik değerlendirmede hayvan kullanımını en aza indirmek için etik yönergeler doğrultusunda tek bir hayvan (n = 1) kullanıldı. Erkek Sprague-Dawley (SD) sıçanları, omurga füzyon araştırmaları için standart suş olarak seçildi. Dahil etme kriterleri, omurgalar arası disk yüksekliğinin (1,8–2,2 mm) 2 mm kafesle uyumlu olmasını sağlamak için 8–10 haftalık sağlıklı erkeklerdi, ağırlığı 200–250 g arasında. Alışma döneminde %10 kilo kaybı, azalan aktivite veya görünür kuyruk bozuklukları gösteren hayvanlar > hariç tutuldu. Bu çalışmada, erkek bir Sprague–Dawley sıçanı (8 haftalık, 221,8 g ağırlığında; Japonya SLC, Shizuoka, Japonya) kullanıldı. Hayvan, 25°C ve %50 bağıl nem (izin verilen aralık %30–70) sıcaklıkta, 12 saat ışık/karanlık döngüyle kontrollü bir ortamda tutuldu ve imkansız olarak suya erişim ve standart kemirgen diyeti sağlandı. Fareler, çevre zenginleştirme için yuva malzemeleri ve çiğneme çubuklarıyla donatılmış sağlam tabanlı kafeslerde tutulurdu. Cerrahi işlemden önce 3 günlük bir aklimatizasyon dönemi uygulandı. Kafes eşlerinin kuyruk implantlarını kemirmesini önlemek için, sıçan çalışma boyunca tek konut koşullarında tutuldu ve bu deneysel tasarımda kritik bir faktördü.
Vida ve plakaların hazırlanması
Cerrahi işlemden önce iç fiksasyon malzemeleri hazırlandı. Ticari olarak mevcut paslanmaz çelik vidalar (orijinal çap: 1,2 mm, uzunluk: 14 mm) tel kesici kullanılarak kesici olarak kesilmiş hassas 6 mm uzunluğunda kesilmiş (Şekil 1A). Bu vidalar, standart buharlı otoklavlama ile 121 °C'de 20 dakika sterilize edildi. Polioksimetilen (POM) iç fiksasyon plakasında (18 mm uzunluk, 3 mm genişlik, 1 mm kalınlık), 1,2 mm çapında vida delikleri manuel matkap kullanılarak 12 mm aralıklarla açılmıştır (Şekil 1B–D). Daha sonra, POM plakalarının köşeleri, çevredeki yumuşak dokuya tahriş edilmesini en aza indirmek için tel kesici kullanılarak yuvarlanmıştır (Şekil 1E). Plakalar, polimerin termal hassasiyeti göz önüne alındığında etilen oksit (EtO) gazı veya hidrojen peroksit gaz plazması kullanılarak sterilize edildi. Titanyum kafes, 300–500 μm çapında boylamasına kanallara sahip birbirine bağlı bir kafes yapısına sahiptir. Yüzeyi, doğrudan kemik büyümesini sağlayan 3–5 μm mikro yüzey pürüzlülüğü elde etmek için Lamellar 3D Titanyum Teknolojisi kullanılarak hazırlanmıştır.
Anestezi ve cerrahi işlem
Gereksiz metabolik stresi önlemek için ameliyat öncesi oruç yapılmadı. Anestezi, medetomidin (0,15 mg/kg), midazolam (2 mg/kg) ve butorfanol (2,5 mg/kg) içeren üçlü anestezik karışımıyla indüklendi; bu karışım, 25 gauge iğne23 ile dorsuma deri altı enjeksiyon yoluyla uygulandı. Her 15 dakikada bir pedal çekilme refleksinin kaybı (ayak sıkıştırması) doğrulanarak, pembe mukoza zarlarının korunması ve solunum hızının (70–110 nefes alma/dakika) izlenmesi yoluyla her 15 dakikada bir yeterli cerrahi anestezi düzlemi değerlendirildi. Daha sonra kaudal omurların vücut arası füzyonu için cerrahi işlem gerçekleştirildi. Hayvan yatağa pozisyona getirildi (Şekil 2A) ve tüm kuyruğu, steril bir alan sağlamak için üç turluk dönüşümlü bir peeling protokolü (%70 etanol, povidon-iyot ve %70 etanol) ile dezenfekte edildi. Hedef omurları tanımlamak için, sakrumdan distal olarak manuel palpasyon yapıldı. İlk hareketli eklem sakrum-CO1 birleşimi olarak tanımlandı ve hemen distal segment Co2 olarak adlandırılarak CO2–Co3 hedef noktasını belirledi. Dorsal tarafta yaklaşık 2 cm uzunluğunda bir kesi yapıldı; bu kesik ikinci kuyruk omurundan üçüncü omurlara kadar uzanır (Co2–Co3) (Şekil 2B), her bir omurun arka yüzeyi ortaya çıkardı. Maruziyet sırasında dorsal kaudal venin tespit edilmesi ve hasarın önlenmesi dikkat edildi; küçük kanamaları yönetmek için küt diseksiyon ve bipolar elektrokoterlik kullanıldı. Birleşme bölgesini hazırlamak için, CO2 ve Co3 omurları arasındaki halka fibrosus bir skalpel kullanılarak oyuldu (Şekil 2C). Annulus fibrosus ve nucleus pulposus, daha sonra curette ve küçük forseps kullanılarak küretaj ile titizlikle çıkarıldı (Şekil 2D). Bu adım yüksek güçlü cerrahi büyütme (≥3,5x) altında gerçekleştirildi. Çıkarmanın tamamlanması, noktalı kanamanın ("kanlı uç plaka" işareti) görsel doğrulaması ve kalıntı yumuşak dokunun tamamen yokluğuyla nesnel olarak tanımlandı. Kabul edilemez uç plaka hasarı, toplam alanın %25'> derin aşınmalar veya 0,5 mm uzunluğundaki soslu kemiğe penetrasyon olarak tanımlandı> Daha sonra titanyum kafes (2 × 2 mm kesit, 2 mm yükseklik) (Şekil 2E) derinlemesine omurgalar arası boşluğa yerleştirildi, fiziksel bir durma sağlanana ve her iki uç plakayla tam yüzey teması görsel olarak doğrulanana kadar sağlam bir parazit uyumu oluşturuldu (Şekil 2F, 2G).
Fiksasyon ve yara kapanması
Plaka fiksasyonunu kolaylaştırmak için, CO2 ve Co3 omurlarındaki belirlenen delik noktalarının çevresindeki kemik yüzeyi, 7.800 RPM'de çalışan elektrikli el frezesi ile düzleştirildi ve 2.0 mm küresel file tipi burr ile donatıldı (Şekil 2H). Kemik delikleri, plastik iç fiksasyon plakasının vida deliklerine karşılık gelen aralıklarla bireysel olarak 1,2 mm çapında bir matkap ucuyla donatılmış bir el matkapla kullanılarak açılmıştır (Şekil 2I). Daha sonra deliklere iki adet 6 mm paslanmaz çelik vida önceden yüklendi. plastik plakanın (Şekil 2J) için. Vidalar, 90° açıda, standart 5 mm derinlikle ve 12 mm merkezden merkeze aralıkla yerleştiriliyordu (Şekil 2K). Son olarak, cilt kesisi 4-0 naylon dikişlerle kapatıldı ve kuyruk tekrar %70 etanol ile dezenfekte edildi, böylece işlem tamamlandı.
Ameliyat sonrası yönetim ve ötenazi
Hemen iyileşme aşamasında (0. Gün) hayvan her 15 dakikada bir izlendi ve tam sternal yatma ve amaçlı yürüyüşe ulaşana kadar rektal sıcaklık desteklendi. Uzun vadeli değerlendirme için (1–12. haftalar), Vücut Durumu Puanı (BCS), bakım durumu ve genel aktiviteye dayalı günlük puanlama sistemi uygulandı; ayrıca enfeksiyon veya dehisence için günlük cerrahi alan izlemesi yapıldı. İlk 48 saat boyunca kafes zemininde nemli yemek sağlandı. Vücut ağırlığı haftalık olarak ölçülürdü. Erken ötenazi için insani son noktalar kesin olarak şu şekilde tanımlandı: kilo kaybı ≥%20, BCS ≤2.0, 12 saat > yiyecek/suya ulaşamayanın kalıcı yiyecek/nefes natili belirtileri veya şiddetli cerrahi bölge komplikasyonları (örneğin nekroz). Bu kriterleri karşılayan hayvanlar 24 saat içinde insancıl bir şekilde ötenazi edildi. Ameliyat sonrası bakım, enfeksiyonu önlemek için ameliyattan hemen sonra ve ameliyat sonrası 24 saat içinde kas içi cefalexin (15 mg/kg) verilmesini içeriyordu. Analjezi için, karprofen (2 mg/kg) ameliyattan hemen sonra ve ameliyattan sonra 12, 24 ve 48 saat içinde deri altı olarak verildi; toplamda dört doz oldu. İmplantasyondan 12. hafta sonra, sıçan izofluran aşırı dozuyla ötenazi edildi. İkinci ile üçüncü kaudal omurdan oluşan segment daha sonra toplu olarak toplanıp %70 etanole sabitlendi.
Eğitim önerileri, sorun giderme ve örneklem büyüklüğü. Bu zorlu protokolün başarılı bir şekilde benimsenmesini kolaylaştırmak için, yeni operatörler fare kadavraları üzerinde 3–5 uygulama işlemi yapmak zorundadır; böylece ardışık üç yerleştirmede radyografik yanlış pozisyon göstermediğinde yeterlilik sağlanır. Yaygın sorun gidermeleri, kafes boyutu seçimini optimize etmek için röntgen ile disk yüksekliğinin önceden ölçülmesini ve kafes göçünü önlemek için sırt kemiğinin düzlüğünün yeniden doğrulanmasını içerir. Vida satın alma yeterli değilse, daha düşük matkap hızlarının kullanılması önerilir. Gelecekteki doğrulama çalışmaları için, yeterli istatistiksel güç elde etmek için en az n = 6 ila 10 (kayıp için ek %10–20) bir deneme büyüklüğü önerilir. Ayrıca, gelecekteki çalışmalarda biyomateryalin performansını doğrulamak için kontrol grupları (örneğin, boş kafes veya otograft) dahil edilmelidir.
Radyografik ve histolojik analiz
Mikro-bilgisayarlı tomografi (BT) taraması ve dijital radyografi, 80 kV tüp voltajı ve 0,1 mA akım olan mikro-BT tarama sistemi kullanılarak gerçekleştirildi. Edinim sırasında titanyum implantının neden olduğu ışın sertleştirme artefaktlarını en aza indirmek için 1,0 mm kalınlığında bir alüminyum filtre kullanıldı. Boylamasına değerlendirme için, ameliyattan sonra 1 ve 4. hafta sonra, 120 μm voxel boyutuyla in vivo görüntüleme yapıldı. Ex vivo görüntüleme, ameliyattan 12. hafta sonra, 24 μm voxel boyutuna sahip 24 mm örnek tutucu kullanılarak gerçekleştirildi. BT verileri ve radyografik görüntüler, standart bir filtrelenmiş geri projeksiyon algoritması kullanılarak yeniden oluşturuldu ve DICOM görüntüleyici kullanılarak analiz edildi. Kemik birleşmesini değerlendirmek için nicel kriterler tanımlandı. Radyolojik olarak başarılı füzyon, mikro-CT'de en az üç ardışık dilim boyunca kraniyal ve kaudal omurga uç plakalarını birleştiren sürekli trabeküler yapı gözlemlendiğinde doğrulandı. Görüntü segmentasyonu sırasında 700 Hounsfield Birimi (HU) küresel eşik uygulandı. Histomorfometrik olarak, kafes içinde %70 veya daha yüksek bir BV/TV oranı fiziksel mekansal tatmin ve birleşme eşiği olarak kabul edilmiştir. Histolojik olarak, kemik birleşmesi, fibröz dokunun interpozisyonu olmadan kraniyal ve kaudal taraflardan tam kemik köprüsiyle tanımlanmıştır. Histolojik analiz için, ötenazi öncesinde deri altı kalsein (8 mg/kg) enjeksiyonu ile ardışık florokrom etiketlemesi yapıldı ve terminal 12 haftalık zaman noktasında aktif mineralizasyonun mekânsal dağılımı belirlendi. Kesilmiş kaudal omurlar 7 gün boyunca %70 etanol ile sabitlendi ve Villanueva kemik lekesi ile en bloc boyandı. Örnekler, metil metakrilat reçinesine gömülü etanol kalıntılarıyla susuz bırakıldı ve kafesin hassas geometrik merkezinde, elmas testere mikrotomu kullanılarak önceden kesitlendirilen mikro-CT rehberliğiyle belirlendiği şekilde, orta-sagittal olarak kesitlendi. Kireçsizleştirilmemiş zemin örnekleri (5 μm kalınlığında) Ito Kemik Histomorfometri Enstitüsü'nde (Niigata, Japonya) hazırlanmıştır. Görüntüler, floresans birleştirme için parlak alan mikroskobu ve konfokal lazer taramalı mikroskobu kullanılarak alındı. Daha fazla inceleme polarize ışık mikroskobu altında yapıldı ve bilgisayarlı görüntü analizörü kullanılarak histomorfometrik analiz yapıldı. İlgi Bölgesi (ROI), metal destekler hariç olarak kafesin toplam iç hacmi olarak tanımlanmış ve Kranial ve Kaudal Intrakafes ROI'lerine ayrılmıştır. Kemik dokusu, Villanueva boyama altında mor/magenta rengiyle tanımlanmıştır. Lameller kemik (Lm.V), polarize ışık altında oldukça düzenli, paralel lameller yapısıyla tanımlanırken, dokuma kemik (Wo.V) düzensiz lif desenleri gösterirdi.