6.615.3.3 reemplazo total del disco
existe una similitud entre el IVD y un neumático con el aire del neumático representado por el NP y el caucho reforzado con correa de acero representado por el AF. Además, esta similitud se puede extender a la reparación del IVD también., En ciertas situaciones, será ventajoso volver a llenar el aire del neumático (reemplazo nuclear); en otras situaciones, uno puede ser capaz de tapar un agujero en el neumático (reparación de AF), y finalmente, hay momentos en que todo el neumático debe ser reemplazado (TDR). Es la situación final, en la que la hernia o degeneración de la FA está lo suficientemente avanzada como para que un abordaje único de NP o FA no pueda ser efectivo. Es por esta razón que el TDR está siendo investigado actualmente.,
el TDR Artificial se ha introducido recientemente en la práctica clínica en los Estados Unidos con la aprobación de la FDA del dispositivo Charité anteriormente discutido en 2004. La idea de un disco compuesto a base de tejido se introdujo con la publicación del primer disco compuesto a base de tejido aproximadamente al mismo tiempo.53 la idea de que toda la IVD puede ser reemplazada por una estructura de ingeniería tisular es ambiciosa debido a la compleja estructura de la IVD; sin embargo, los primeros estudios mostraron propiedades promisorias de ECM y mecánicas con un compuesto PLA/PGA/alginato., Los principales criterios de diseño en el desarrollo de un reemplazo total de disco de ingeniería tisular (te-TDR) son (1) diseñar un disco que pueda soportar la compleja carga mecánica una vez implantado, (2) pueda recrear la función mecánica del IVD, (3) pueda integrarse con tejidos nativos, y (4) pueda sobrevivir y desarrollarse en el espacio del disco privado de nutrientes. Estos criterios de diseño son complejos e incluso compiten entre sí., El desarrollo de un disco mecánicamente rígido diseñado para soportar la carga compleja probablemente tendrá propiedades de baja permeabilidad y puede dificultar el transporte suficiente de nutrientes a través del disco en el entorno de disco de bajo contenido de nutrientes. Por el contrario, un disco altamente permeable que puede proporcionar un mejor transporte de nutrientes será menos rígido y puede tener problemas para soportar las cargas mecánicas. Actualmente, se desconoce cuál será el equilibrio adecuado de estas propiedades competidoras en un TE-TDR exitoso.,
hasta la fecha, sólo se han publicado cuatro diseños y cinco documentos en TE-TDRs. Estos te-TDRs incluyen un compuesto PGA/PLA (AF)/alginato (NP), 53,54 un compuesto electrospun PLLA (AF)/ácido hialurónico (NP), 82 un compuesto de gel de colágeno contraído (AF)/alginato (NP), 88 y un compuesto electrospun PCL (AF)/agarosa (NP).91 la selección celular para estos constructos ha sido células ovinas IVD, MSCS bovinas o MSCS humanas. La selección de material para cada intento ha utilizado un hidrogel para el NP, con una tendencia hacia el aumento de la organización jerárquica en la región FA (Tabla 4).,
Tabla 4. Reemplazo total de disco por ingeniería tisular
| 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., El constructo fue sembrado con células ovinas NP y FA en sus respectivas regiones del disco. El hidrogel de alginato proporcionó un entorno similar al NP que mantuvo la morfología redondeada de las células NP una vez encapsuladas. La región FA de PGA / PLA proporcionó la morfología macroscópica de la FA, pero no contenía ninguna organización inherente a la FA nativa(Figura 4 (a)). Los armazones fueron implantados subcutáneamente en la parte posterior de un ratón atímico durante 4 meses y produjeron una composición proteoglicana similar a la del nativo en la FA y en la NP., Los constructos produjeron colágeno a niveles cercanos a los nativos en la FA, pero no en el NP, donde desarrolló el 10% de los valores nativos. El colágeno producido se localizó adecuadamente con aumento de colágeno tipo I en la FA y tipo II en el PN. Además, las propiedades mecánicas de compresión fueron similares a las de la IVD de oveja nativa. En general, estos estudios demostraron la viabilidad de desarrollar un TE-TDR que imitara las propiedades compositivas y compresivas del IVD nativo., Sin embargo, con la falta de organización y arquitectura en el AF, y el fracaso para probar los discos en cualquier cosa menos compresión, no está claro si este diseño podría imitar las propiedades torsionales y de flexión del IVD nativo (ver capítulo 5.509, encapsulación de células).
la Figura 4., Reemplazos totales de disco de ingeniería tisular con (A) anillo fibroso de PGA/PLA (AF) y núcleo pulposo de alginato (NP), (b) fibril de colágeno circunferencialmente alineado y alginato NP, y (C) POLIACAPROLACTONA electrospun alineada multilamela AF y agarosa NP.
el segundo intento de producir un TE-TDR utiliza electrospun PLLA y ácido hialurónico sembrado con MSCs humanos. Esta técnica fue similar al intento anterior en que utilizó un andamio Regional de FA no alineado y un andamio de hidrogel NP., Sin embargo, el uso de electrospun PLLA permitió que las fibras fueran de diámetro similar a las fibrillas de colágeno nativo en la región FA. Además, el ácido hialurónico se inyectó en el electropsun PLLA para presurizar la región NP dentro del andamio y colocar las fibras electrospun en tensión similar a la del AF nativo. Además, el uso de MSCs humanos es significativo debido a la relevancia clínica de la fuente celular y comienza a investigar su efectividad en un TE-TDR.,
los constructos se cultivaron durante 28 días in vitro y las células FA se organizaron en capas concéntricas que se asemejaban a las láminas concéntricas de la FA, mientras que la NP permaneció amorfa en estructura. La deposición de proteoglicanos por MEC fue más prevalente en la región FA con una deposición menos pronunciada en el NP. Los tipos de colágeno I y II también tuvieron la mayor concentración en la región FA con menor presencia en la región NP. Este pobre desarrollo tisular en el NP probablemente se debió a la disminución del contenido celular en la región NP del andamio después de la construcción., En general, el electrospun PLLA mostró resultados prometedores para la región FA y el desarrollo del tejido; sin embargo, no se realizó ninguna prueba mecánica en el tejido para investigar la función mecánica de un implante de este tipo y será necesario superar la mala densidad celular en el NP en el futuro.
a diferencia de los dos primeros diseños TE-TDR, el constructo GEL/alginato de colágeno contraído fue el PRIMERO en introducir la alineación del colágeno en la región AF (Figura 4(b))., La técnica produjo una región NP de alginato sembrada con células NP ovinas y una región de gel de colágeno tipo I sembrada con células FA ovinas que rodean la región NP. Durante el cultivo, las células contraen la red de fibras de colágeno alrededor del NP de alginato. Como resultado del límite físico del NP, las fibrillas de colágeno se alinearon circunferencialmente alrededor del NP de alginato. Además, las células FA eran alargadas y circunferencialmente alineadas entre las fibrillas de colágeno tipo I similares a las células Af nativas y las células NP adquirieron una morfología redondeada similar a la NP nativa., Esta técnica proporciona un método para producir un TE-TDR que tiene una arquitectura y organización similar a la del IVD nativo en la región AF y NP. Sin embargo, a pesar de la alineación circunferencial de las fibrillas de colágeno, la técnica actualmente no logra capturar la alineación de colágeno ±28° observada en las sucesivas laminillas de FA. Además, en este estudio no se realizaron pruebas mecánicas ni análisis de composición de la MCE.
El te-TDR más reciente combina las estrategias anteriores para producir el TE-TDR más complejo hasta la fecha(Figura 4 (c))., La técnica utiliza PCL electrospun para producir fibras PCL alineadas en ángulos de ±30° en cada Lamela sucesiva. Una vez más esto se hace alrededor de una región de hidrogel NP, que en este caso era agarosa. Las células seleccionadas fueron MSCs bovinas debido a la promesa clínica de las MSCs. La idea es que la compleja arquitectura de fibra PCL conducirá al desarrollo organizado del colágeno con la misma alineación del andamio original.
después de 6 semanas de cultivo, se observó producción de colágeno y proteoglicano tanto en la región FA como en la NP., Se observó que tanto las células FA como la producción de colágeno estaban organizadas en la dirección ±30° del andamio subyacente del LCP. A pesar de la deposición de la MEC durante el tiempo de cultivo, los valores de proteoglicanos fueron <32% de los valores nativos tanto en la FA como en la NP y fueron 5% de los valores nativos de colágeno en la FA. Los valores de colágeno fueron similares entre el nativo y el TE-TDR en el PN. Como se puede ver, la técnica de usar fibras electrospun alineadas ayuda a promover la organización del colágeno similar a la Af nativa., Sin embargo, será importante investigar cómo promover un mayor desarrollo de ECM a niveles de valor nativos en estos andamios.
el desarrollo de estas estrategias TE-TDR ha mostrado una promesa inicial en la promoción de diferentes niveles de composición y organización de ECM similares a la IVD nativa. Sin embargo, a pesar de la tendencia hacia el aumento de la organización de la FA y el enfoque en las propiedades mecánicas de estos implantes, actualmente se desconoce lo que se necesita para la implementación exitosa de un dispositivo de este tipo en el espacio de disco nativo., Se presta menos atención a otros parámetros de diseño, como la permeabilidad de estos andamios, una propiedad que podría resultar extremadamente importante en el entorno de nutrientes limitado del espacio del disco. Una mejor comprensión de cómo reaccionan estos TE-TDRs en el entorno de disco nativo será necesaria para reconocer cuál es el equilibrio adecuado de las propiedades del andamio que promoverá el desarrollo exitoso del tejido y la función espinal adecuada. Estos implantes deberán soportar la carga mecánica, sobrevivir y desarrollarse, e integrarse con el tejido nativo una vez implantados.,
el trabajo reciente ha comenzado a abordar estas preguntas in situ utilizando el gel de colágeno contraído / alginato TE-TDR.92 Los TE-TDR se implantaron en el espacio lumbar y en el disco de la cola de la rata y se cultivaron durante un máximo de 6 meses. Estos estudios demostraron que a pesar del módulo mucho más bajo del colágeno / alginato TE-TDR en el momento de la implantación en comparación con el disco nativo, el tejido fue capaz de mantener la mayor parte de la altura del disco durante 6 meses (78%). Además, el tejido vio una extensa deposición de proteoglicanos y colágeno y se había integrado con los cuerpos vertebrales y las placas terminales., Además, cuando el segmento de movimiento diseñado se probó mecánicamente, demostró propiedades de compresión similares al disco nativo. Estos resultados fueron los primeros que mostraron que un TE-TDR podría formar con éxito un tejido mecánicamente funcional cuando se implanta en el espacio del disco. Estos resultados son especialmente interesantes debido a la resistencia mecánica relativamente baja de los TE-TDRs en el momento de la implantación., Es posible que la naturaleza altamente permeable acoplada del colágeno y el alginato TE-TDR permitió el transporte suficiente de nutrientes que promovió el desarrollo del tejido y la integración en el espacio del disco. Será importante a medida que este campo avance, para que se realice más trabajo en el espacio de disco nativo para comprender cómo las propiedades TE-TDR (módulo, permeabilidad, tipo de célula, composición de ECM, organización de la fibra AF, etc.) afectan a la formación in situ del tejido (Ver capítulo 6.614, desgaste: prótesis de disco Intervertebral Total).