6.615.3.3 Teljes Lemez Csere
A hasonlóság létezik között az IVD egy kerék a levegőben a gumiabroncs által képviselt NP-az acél öv, megerősített gumi képviseli az AF. Továbbá ez a hasonlóság kiterjeszthető az IVD javítására is., Bizonyos helyzetekben előnyös lesz a gumiabroncs levegőjének újratöltése (nukleáris csere); más esetekben előfordulhat, hogy egy lyukat rögzítenek a gumiabroncsban (Af javítás), végül vannak olyan esetek, amikor a teljes gumiabroncsot ki kell cserélni (TDR). Ez a végső helyzet, amelyben az AF herniációja vagy degenerációja elég fejlett ahhoz, hogy az egyetlen NP vagy AF megközelítés ne legyen hatékony. Ez az oka annak, hogy a TDR-t jelenleg vizsgálják.,
a mesterséges TDR-t nemrégiben vezették be az Egyesült Államok klinikai gyakorlatába a korábban tárgyalt Charité eszköz FDA jóváhagyásával 2004-ben. Az ötlet egy szövet alapú kompozit lemez került bevezetésre közzététele az első szöveti tervezésű kompozit lemez körülbelül ugyanabban az időben.53 Az a gondolat, hogy a teljes IVD helyettesíthető egy szöveti tervezésű szerkezettel, ambiciózus az IVD komplex szerkezete miatt; azonban a korai vizsgálatok ígéretes ECM-et és mechanikai tulajdonságokat mutattak PLA/PGA / alginát kompozittal., A fő tervezési kritériumok a fejlődő szövet alapú teljes lemez csere (TE-TDR) vagy (1) tervezése lemez, amely ellenáll a komplex mechanikai terhelés egyszer beültetett, (2) lehet újra a mechanikus funkció az IVD, (3) lehet-e integrálni az anyanyelvi szövetek, valamint (4) képes túlélni fejlődnek, a tápanyag-rászoruló lemezterület. Ezek a tervezési kritériumok összetettek, sőt versenyeznek is., A komplex terhelésnek ellenálló, mechanikusan merev lemez kifejlesztése valószínűleg alacsony permeabilitási tulajdonságokkal rendelkezik, és megnehezítheti a megfelelő tápanyagszállítást a lemezen az alacsony tápanyag-lemez környezetben. Ezzel szemben egy rendkívül áteresztő tárcsa, amely jobb tápanyag-szállítást biztosít, kevésbé lesz merev, és nehézségekbe ütközhet a mechanikai terhelésekkel szemben. Jelenleg nem ismert, hogy ezeknek a Versengő tulajdonságoknak a megfelelő egyensúlya sikeres TE-TDR-ben lesz.,
eddig csak négy terv és öt tanulmány jelent meg a TE-TDRs-en. Ezek a TE-TDR-k közé tartozik egy PGA/PLA (AF)/alginát (NP) kompozit,53,54 egy elektrospun PLLA (AF)/hialuronsav (NP) kompozit,82 egy szerződött kollagén gél (AF)/alginát (NP) kompozit,88 és egy elektrospun PCL (Af) / agaróz (NP) kompozit.91 ezeknek a szerkezeteknek a sejtkiválasztása vagy juh IVD sejtek, szarvasmarha MSC-k vagy humán MSC-k voltak. Az anyagválasztás minden kísérlethez hidrogélt használt az NP-hez, azzal a tendenciával, hogy növekszik a hierarchikus szervezet az AF régióban (4.táblázat).,
4. táblázat. Szöveti tervezésű teljes lemezcsere
Mizuno et al.53,54 | Nesti et al.82 | Bowles 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., A konstrukciót juh NP és Af sejtekkel vetették be a korong megfelelő régióiban. Az alginát hidrogél NP-szerű környezetet biztosított, amely megtartotta az NP sejtek lekerekített morfológiáját, miután kapszulázták. A PGA/PLA Af régiója biztosította az AF bruttó morfológiáját, de a natív AF-ben rejlő szervezet egyikét sem tartalmazta (4.ábra a)). Az állványzatokat subcutan ültették be egy athymic egér hátuljába 4 hónapig, és az AF-ben és az NP-ben őshonos proteoglikán összetételhez hasonló proteoglikán készítményt állítottak elő., A konstrukciók kollagént termeltek az AF-ben, de nem az NP-ben, ahol a natív értékek 10% – át fejlesztették ki. Az előállított kollagént megfelelően lokalizálták az I. típusú fokozott kollagénnel az AF-ben, a II.típusú pedig az NP-ben. Ezenkívül a nyomó mechanikai tulajdonságok hasonlóak voltak az őshonos juhok IVD-hez. Összességében ezek a vizsgálatok azt mutatták, hogy megvalósítható egy olyan TE-TDR kifejlesztése, amely utánozta a natív IVD kompozíciós és nyomó tulajdonságait., Az AF szervezettségének és felépítésének hiánya, valamint a lemezek tömörítésen kívüli tesztelésének elmulasztása miatt azonban nem világos, hogy ez a kialakítás képes-e utánozni a natív IVD torziós és hajlítási tulajdonságait (lásd 5.509 fejezet, Cellakapszuláció).
4.ábra., Szöveti tervezésű teljes lemezpótlások (a) PGA/PLA annulus fibrosus (AF) és alginát nucleus pulposus (NP), (b) circumferentally igazított kollagén fibril AF és alginát NP, és (c) multilamellae igazított elektrospun polycaprolactone af és agarose NP.
a második kísérlet, hogy készítsen egy TE-TDR használt elektrospun PLLA és hialuronsav vetjük humán MSCs. Ez a technika hasonló volt az előző kísérlethez, mivel nem igazított Af regionális állványt és hidrogél NP állványt használt., Az elektrospun PLLA használata azonban lehetővé tette, hogy a rostok átmérője hasonló legyen az AF régió natív kollagén fibrilláihoz. Ezenkívül a hialuronsavat befecskendezték az elektropsun PLLA-ba, hogy nyomást gyakoroljanak az NP régióra az állványon belül, és az elektrospun rostokat a natív Af-hez hasonló feszültségbe helyezzék. Továbbá a humán MSC-k alkalmazása jelentős a sejtforrás klinikai jelentősége miatt, és elkezdi vizsgálni azok hatékonyságát egy TE-TDR – ben.,
a szerkezeteket in vitro 28 napig tenyésztették, az AF sejteket koncentrikus rétegekbe szervezték, amelyek hasonlítanak az AF koncentrikus lamelláira, míg az NP szerkezetében amorf maradt. Az ECM proteoglikán lerakódás volt a legelterjedtebb az AF régióban, kevésbé hangsúlyos lerakódással az NP-ben. Az I. és II. típusú kollagén az AF régióban is a legmagasabb koncentrációban volt jelen, a legkevésbé jelen az NP régióban. Ez a gyenge szövetfejlődés az NP-ben valószínűleg az állványzat NP régiójában az építés után csökkent sejttartalom miatt következett be., Összességében az elektrospun PLLA ígéretes eredményeket mutatott az AF régió és a szövetek fejlődése szempontjából; azonban a szöveten nem végeztek mechanikai vizsgálatot az ilyen implantátum mechanikai funkciójának vizsgálatára, és a jövőben szükség lesz az NP gyenge sejtsűrűségének leküzdésére.
Az első két TE-TDR tervtől eltérően a szerződött kollagén gél/alginát konstrukció volt az első, amely kollagén igazítást vezetett be az AF régióba (4.ábra b)))., A technika előállított egy alginát NP régió magot a juh NP-sejtek, valamint típusú kollagén gél régió magot a juh-AF sejteket körülvevő NP régióban. A tenyésztés során a sejtek megkötik a kollagén fibril hálózatot az alginát NP körül. Az NP fizikai határának eredményeként a kollagén fibrillák az NP alginát körül helyezkednek el. Ezen túlmenően, az AF-sejtek megnyúlt körkörösen igazítva között az i. típusú kollagén fibrils hasonló natív AF-sejtek, valamint a NP sejtek egy lekerekített alakja hasonlít a natív NP., Ez a technika egy olyan TE-TDR előállítási módszert biztosít, amelynek architektúrája és szervezete hasonló az AF és NP régió natív IVD-jéhez. A kollagén fibrillák kerületi igazítása ellenére a technika jelenleg nem képes megragadni az egymást követő AF lamellákban megfigyelt ±28° kollagén igazítást. Ezenkívül ebben a vizsgálatban nem végeztek mechanikai vizsgálatot vagy ECM összetétel-elemzést.
a legutóbbi TE-TDR egyesíti a korábbi stratégiákat a mai napig a legösszetettebb TE-TDR előállításához(4. ábra c))., A technika az elektrospun PCL-t használja arra, hogy az egymás utáni lamellákban ±30° – os szögben igazított PCL-szálakat állítson elő. Ez ismét egy hidrogél NP régió körül történik, amely ebben az esetben agaróz volt. A kiválasztott sejtek szarvasmarha MSC-k voltak az MSC-k klinikai ígérete miatt. Az ötlet az, hogy a komplex PCL rost architektúra vezet szervezett kollagén fejlesztés azonos összehangolása az eredeti állványzat.
6 hetes tenyésztés után kollagén-és proteoglikántermelést figyeltek meg mind az AF, mind az NP régióban., Megfigyelték, hogy mind az AF sejtek, mind a kollagén termelés az alapul szolgáló PCL állvány ±30° irányában szerveződött. Annak ellenére, hogy az ECM a kultúra ideje alatt lerakódott, a proteoglikánok értékei <a natív értékek 32% – a volt mind az AF-ben, mind az NP-ben, és a kollagén natív értékeinek 5% – a volt az AF-ben. A kollagén értékek hasonlóak voltak a native és a TE-TDR között az NP-ben. Mint látható, az igazított elektrospun rostok használatának technikája elősegíti a kollagén szervezetet, hasonlóan a natív Af-hez., Fontos azonban megvizsgálni, hogyan lehet elősegíteni a nagyobb ECM-fejlesztést a natív értékszintekre ezekben az állványokban.
ezeknek a TE-TDR stratégiáknak a kifejlesztése kezdeti ígéretet tett az ECM összetételének és szervezetének különböző szintjeinek előmozdítására, hasonlóan a natív IVD-hez. Annak ellenére azonban, hogy a tendencia egyre növekvő Af szervezet, valamint a hangsúly a mechanikai tulajdonságait ezen implantátumok, jelenleg nem ismert, hogy mi szükséges a sikeres végrehajtásához egy ilyen eszköz a natív lemezterület., Kevesebb figyelmet fordítanak más tervezési paraméterekre, például ezeknek az állványoknak a permeabilitására, olyan tulajdonságra, amely rendkívül fontosnak bizonyulhat a lemezterület korlátozott tápanyag-környezetében. Ahhoz, hogy megértsük, hogyan reagálnak ezek a te-TDR-k a natív lemezkörnyezetben, jobban meg kell ismernünk, hogy az állvány tulajdonságainak megfelelő egyensúlya elősegíti a szövetek sikeres fejlődését és a megfelelő gerincfunkciót. Ezek az implantátumok kell ellenáll a mechanikai terhelés, túl fejlesztése, valamint a integrálni az anyanyelvi szövet egyszer beültetett.,
a közelmúltban megkezdődtek ezek a helyszíni kérdések a szerződött kollagén gél/alginát TE-TDR segítségével.92 a te-TDRs-t a patkány lumbális és faroklemez-terébe ültették be, és legfeljebb 6 hónapig tenyésztették. Ezek a vizsgálatok kimutatták, hogy annak ellenére, hogy a kollagén/alginát TE-TDR sokkal alacsonyabb modulusa volt az implantáció idején, mint a natív lemez, a szövet 6 hónap alatt képes volt fenntartani a lemez magasságának nagy részét (78%). Ezen kívül a szövetben kiterjedt proteoglikánok és kollagén lerakódások voltak, és integrálódtak a csigolyatestekbe és a véglapokba., Továbbá, amikor a tervezett mozgásszegmenst mechanikusan tesztelték, hasonló nyomó tulajdonságokat mutatott a natív lemezhez. Ezek az eredmények voltak az elsők, amelyek azt mutatták, hogy a TE-TDR sikeresen képezhet mechanikusan funkcionális szövetet, amikor beültetik a lemezterületbe. Ezek az eredmények különösen érdekesek a te-TDRS viszonylag alacsony mechanikai szilárdsága miatt az implantáció során., Lehetséges, hogy a kollagén és az alginát te-TDR párosított, erősen áteresztő jellege elegendő tápanyag-szállítást tett lehetővé, ami elősegítette a szövetek fejlődését és integrációját a lemezterületbe. Fontos lesz, mivel ez a mező előre halad, hogy több munkát kell végezni a natív lemezterületen, hogy megértsük, hogyan működnek a TE-TDR tulajdonságok (modulus, permeabilitás, sejttípus, ECM összetétel, AF szálas szervezet stb.) befolyásolja az in situ szövetképződést (lásd 6.614 fejezet, kopás: teljes intervertebrális Lemezprotézisek).