6.615.3.3 Total Disc Erstatning
En lighed, der findes mellem de IVD og et dæk med luft i dækket ved at blive repræsenteret af NP og stål-bælte forstærket gummi, der er repræsenteret af af. Desuden kan denne lighed udvides til reparation af IVD samt., I visse situationer vil det være fordelagtigt at genopfylde dækkets luft (nuklear udskiftning); i andre situationer kan man muligvis lappe et hul i dækket (af-reparation), og endelig er der tidspunkter, hvor hele dækket skal udskiftes (TDR). Det er den endelige situation, hvor herniationen eller degenerationen af AF er fremskreden nok til, at en eneste NP-eller AF-tilgang ikke kan være effektiv. Det er derfor, at TDR i øjeblikket undersøges.,
kunstig TDR er for nylig blevet introduceret i klinisk praksis i USA med FDA-godkendelsen af den tidligere diskuterede Charit. – enhed i 2004. Ideen om en vævsbaseret kompositskive blev introduceret med offentliggørelse af den første vævskonstruerede kompositskive omkring samme tid.53 Den idé, at hele IVD kan erstattes af et væv-manipuleret struktur er ambitiøs på grund af den komplekse struktur af IVD; men de tidlige undersøgelser viste lovende ECM og mekaniske egenskaber med en PLA/PGA/calciumalginat komposit., De store design-kriterier, der er i at udvikle et væv-manipuleret total disc erstatning (TE-TDR) er (1) at designe en disk, der kan modstå de komplekse mekaniske lastning, når implanteret, (2) kan genskabe den mekaniske funktion af IVD, (3) kan integrere med indfødte væv, og (4) kan overleve og udvikle sig i næringsstof-berøvet plads på disken. Disse designkriterier er komplekse og konkurrerer endda., Udviklingen af en mekanisk stiv skive designet til at modstå den komplekse belastning vil sandsynligvis have lave permeabilitetsegenskaber og kan gøre det vanskeligt at få tilstrækkelig næringsstoftransport gennem disken i det lave næringsstofskivemiljø. Omvendt vil en meget permeabel disk, der kan give bedre næringsstoftransport, være mindre stiv og kan have problemer med at modstå de mekaniske belastninger. I øjeblikket er det ukendt, hvad den rette balance mellem disse konkurrerende egenskaber vil være i en vellykket TE-tdr.,
indtil videre er der kun offentliggjort fire designs og fem papirer på TE-tdr ‘ er. Disse TE-TDRs omfatter en PGA – /PLA (AF)/calciumalginat (NP), composite,53,54 electrospun PLLA (AF)/hyaluronsyre (NP), composite,82 en kontrakt kollagen gel (AF)/calciumalginat (NP), composite,88 og en electrospun PCL (AF)/agarose (NP) komposit.91 cellevalget for disse konstruktioner har været enten IVD-celler fra får, MSC ‘er fra kvæg eller MSC’ er fra mennesker. Materialevalget for hvert forsøg har udnyttet en hydrogel til NP, med en tendens til stigende hierarkisk organisation i af-regionen (Tabel 4).,
Tabel 4. Væv-manipuleret total disc erstatning
| Mizuno et al.53, 54 | Nesti et al.82 | bo .les et al.92 | Nerurkar et al., ovine AF | AF – bovine MSC | |
|---|---|---|---|---|---|
| NP – ovine NP | NP – human MSC | NP – ovine NP | NP – bovine MSC | ||
| Organization | Composite disc | Composite disc with nanofibers of similar diameter to collagen | Composite disc with circumferentially aligned collagen fibrils in AF | Composite disc with multilamellar AF and alternating nanofiber alignment (±30°) |
The first TE-TDR to be attempted was the PGA/PLA/alginate composite., Konstruktionen blev podet med får NP-og AF-celler i deres respektive områder af skiven. Alginathydrogelen tilvejebragte et NP-lignende miljø, der opretholdt den afrundede morfologi af NP-cellerne, når de var indkapslet. Af-regionen PGA / PLA leverede AF ‘ S bruttomorfologi, men indeholdt ingen af den organisation, der er forbundet med den oprindelige AF (figur 4(A)). Stilladserne blev implanteret subkutant på bagsiden af en athymisk mus i 4 måneder og producerede proteoglycan-sammensætning svarende til den indfødte I af og NP., Konstruktionerne producerede kollagen til næsten indfødte niveauer i AF, men ikke i NP, hvor det udviklede 10% af de indfødte værdier. Det producerede kollagen blev korrekt lokaliseret med øget kollagen type I I AF og type II i NP. Derudover var de kompressive mekaniske egenskaber svarende til den oprindelige får IVD. Samlet set viste disse undersøgelser muligheden for at udvikle en TE-TDR, der efterlignede kompositions-og komprimeringsegenskaberne hos den indfødte IVD., Med manglen på organisation og arkitektur i AF og manglen på at teste diske i alt andet end komprimering er det imidlertid uklart, om dette design kunne efterligne vridnings-og bøjningsegenskaberne for den oprindelige IVD (se kapitel 5.509, Celleindkapsling).
Figur 4., Væv-manipuleret total disc udskiftninger med (a) PGA/PLA anulus fibrosus (AF) og calciumalginat nucleus pulposus (NP), (b) langs omkredsen justeret kollagen fibril AF og calciumalginat NP, og (c) multilamellae justeret electrospun polycaprolactone AF og agarose NP.
det andet forsøg på at fremstille en te-TDR anvendt elektrospun PLLA og hyaluronsyre podet med humane MSC ‘ er. Denne teknik lignede det tidligere forsøg, idet den anvendte et uændret af regionalt stillads og et hydrogel NP-stillads., Anvendelsen af electrospun PLLA tillod imidlertid fibrene at have samme diameter som de native kollagenfibriller i AF-regionen. Derudover blev hyaluronsyren injiceret i elektropsun PLLA for at presse NP-regionen inden for stilladset og placere elektrospunfibrene i spænding svarende til den oprindelige AF. Desuden er brugen af humane MSC ‘ er signifikant på grund af den kliniske relevans af cellekilden og begynder at undersøge deres effektivitet i en TE-TDR.,
konstruktionerne blev dyrket i 28 dage in vitro, og af-cellerne blev organiseret i koncentriske lag, der lignede de koncentriske lameller af AF, mens NP forblev amorf i struktur. ECM proteoglycan deposition var mest udbredt i AF-regionen med en mindre udtalt deposition i NP. Kollagentyper i og II havde også den højeste koncentration i af-regionen med mindst til stede i NP-regionen. Denne dårlige vævsudvikling i NP skyldtes sandsynligvis det nedsatte celleindhold i NP-regionen i stilladset efter konstruktion., Alt i alt electrospun PLLA viste lovende resultater for de AF regionen og væv udvikling, men ingen mekaniske test blev udført på den væv til at undersøge den mekaniske funktion af sådan et implantat, og det vil være nødvendigt at overvinde den dårlige cellulære tæthed i NP i fremtiden.i modsætning til de to første TE-TDR-design var den kontraherede kollagengel/alginatkonstruktion den første til at indføre kollagenjustering i AF-regionen (figur 4(b))., Den teknik, produceret en calciumalginat NP region podet med får NP celler og kollagen type i-gel region podet med får AF celler, der omgiver NP-regionen. Under kulturen kontraherer cellerne kollagenfibrilnetværket omkring alginat NP. Som et resultat af den fysiske grænse af NP justerede kollagenfibrillerne periferisk omkring alginatet NP. Derudover blev af-cellerne aflange og periferisk justeret mellem type i-kollagenfibriller svarende til native AF-celler, og NP-cellerne fik en afrundet morfologi svarende til den native NP., Denne teknik giver en metode til fremstilling af en TE-TDR, der har en arkitektur og organisation, der ligner den oprindelige IVD i af-og NP-regionen. På trods af den perifere justering af kollagenfibrillerne undlader teknikken imidlertid i øjeblikket at fange den 28 28 Coll kollagenjustering, der er observeret i de successive af-lameller. Derudover blev der ikke udført nogen mekanisk test eller ECM-sammensætningsanalyse i denne undersøgelse.
Den seneste TE-TDR kombinerer de tidligere strategier til at producere den mest komplekse TE-TDR til dato (Figur 4(c))., Teknikken bruger electrospun PCL til at producere justerede PCL-fibre i 30 30 angles vinkler i hver efterfølgende lamella. Endnu en gang gøres dette omkring en hydrogel NP-region, som i dette tilfælde var agarose. De valgte celler var bovine MSC ‘er på grund af det kliniske løfte om MSC’ er. Ideen er, at den komplekse PCL-fiberarkitektur vil føre til organiseret kollagenudvikling med samme justering af det originale stillads.
efter 6 ugers kultur blev der observeret kollagen-og proteoglycan-produktion i både af-og NP-regionen., Det blev observeret, at både AF-celler og kollagenproduktion blev organiseret i direction 30 direction Retning af det underliggende PCL-stillads. På trods af den aflejring af ECM over kultur gang, værdier for proteoglycaner var <32% af de oprindelige værdier i både AF og NP og var 5% af den oprindelige værdier for kollagen i af. Kollagenværdierne var ens mellem native og TE-TDR i NP. Som det kan ses, hjælper teknikken til at bruge justerede elektrospunfibre med at fremme kollagenorganisation svarende til den oprindelige af., Det vil dog være vigtigt at undersøge, hvordan man fremmer større ECM-udvikling til native værdiniveauer i disse stilladser.
udviklingen af disse te-TDR strategier har vist indledende løfte om at fremme forskellige niveauer af ECM sammensætning og organisation svarende til den indfødte IVD. På trods af tendensen til at øge AF-organisationen og fokus på mekaniske egenskaber ved disse implantater er det i øjeblikket ukendt, hvad der er nødvendigt for en vellykket implementering af en sådan enhed i det oprindelige diskrum., Mindre opmærksomhed er givet til andre designparametre, såsom permeabiliteten af disse Stilladser, en egenskab, der kan vise sig ekstremt vigtig i diskpladsens begrænsede næringsstofmiljø. En bedre forståelse af, hvordan disse TE-TDRs reagere på den oprindelige disk miljø vil være nødvendigt at erkende, hvad den rette balance af stillads egenskaber er, der vil fremme en vellykket væv udvikling og rette spinal funktion. Disse implantater bliver nødt til at modstå den mekaniske belastning, overleve og udvikle sig og integrere med det oprindelige væv, når det er implanteret.,
det seneste arbejde er begyndt at behandle disse In situ-spørgsmål ved hjælp af den kontraherede kollagengel / alginat TE-tdr.92 TE-Tdr ‘ erne blev implanteret i lændehvirvelsøjlen og haleskiven på rotten og dyrket i op til 6 måneder. Disse undersøgelser viste, at på trods af de meget lavere modul af kollagen/calciumalginat TE-TDR ved implantation i forhold til den oprindelige disk, vævet var i stand til at opretholde et flertal af disken højde over 6 måneder (78%). Derudover oplevede vævet omfattende aflejring af proteoglycaner og kollagen og havde integreret sig med rygsøjlerne og endepladerne., Når det konstruerede bevægelsessegment blev testet mekanisk, viste det endvidere lignende kompressionsegenskaber som den oprindelige disk. Disse resultater var de første, der viste, at en TE-TDR med succes kunne danne et mekanisk funktionelt væv, når det implanteres i diskrummet. Disse resultater er især spændende på grund af den relativt lave mekaniske styrke af TE-Tdr ‘ erne ved implantation., Det er muligt, at den koblede meget gennemtrængelige karakter af kollagen og calciumalginat TE-TDR have tilstrækkelig stoftransport, der fremmede væv-udvikling og integration i disc ‘ en plads. Det vil være vigtigt, når dette felt bevæger sig fremad, for mere arbejde, der skal udføres i det oprindelige diskplads for at forstå, hvordan TE-TDR-egenskaberne (modul, permeabilitet, celletype, ECM-sammensætning, af-fiberorganisation osv.) påvirker dannelse af in situ væv (se kapitel 6.614, slid: samlede intervertebrale skiveproteser).