椎間板

6.615.3.3全円板交換

IVDとタイヤとの間には、NPで表されるタイヤの空気とAFで表されるスチールベルト強化ゴムとの間に類似性が存在する。 さらに、この類似性は、ＩＶＤの修復にも拡張することができる。, ある状況では、タイヤの空気を補充することが有利である（核交換）;他の状況では、タイヤの穴をパッチすることができるかもしれない（AF修理）、そして最後に、タイヤ全体を交換しなければならない時がある（TDR）。 唯一のＮＰまたはＡＦアプローチが有効ではないほどＡＦのヘルニアまたは変性が十分に進行している最終状況である。 TDRが現在調査中であるのはこのためです。,

人工的なTDRは2004年に前に論議されたCharité装置のFDAの承認の米国の臨床練習に最近導入されました。 組織ベースの複合ディスクのアイデアは、同じ頃に最初の組織設計された複合ディスクの出版とともに導入されました。53IVD全体を組織工学構造に置き換えることができるという考えは、IVDの複雑な構造のために野心的なものであるが、初期の研究では、PLA/PGA/アルギン酸複合体用の有望なECMおよび機械的性質が示された。, Tissue-engineered total disc replacement(TE-TDR)の開発における主な設計基準は、(1)移植された複雑な機械的負荷に耐えることができるディスクを設計すること、(2)IVDの機械的機能を再現すること、(3)ネイティブの組織と統合すること、(4)栄養を奪われたディスク空間で生き残り、開発することである。 これらの設計基準は複雑で、競合することさえあります。, 複雑な負荷に耐えるように設計された機械的に硬いディスクの開発は、浸透性が低く、低栄養ディスク環境でディスク全体に十分な栄養輸送を得ることを困難にする可能性がある。 逆に、よりよい栄養輸送を提供できる非常に透過性ディスクはより少なく堅く、機械負荷に抗する悩みがあるかもしれません。 現在、TE-TDRの成功において、これらの競合特性の適切なバランスがどのようなものになるかは不明である。,

The first TE-TDR to be attempted was the PGA/PLA/alginate composite., この構築物を、椎間板のそれぞれの領域に卵ＮＰ細胞およびＡＦ細胞を播種した。 アルギン酸ヒドロゲルは，一度封入されたＮＰ細胞の丸みを帯びた形態を維持するＮＰ様環境を提供した。 PGA/PLAのAF領域はAFの総形態を提供したが、ネイティブAFに固有の組織のどれも含まれていなかった（図4（a））。 足場は4ヶ月間無胸腺マウスの背面に皮下に移植され、AFとNPのネイティブのそれと同様のプロテオグリカン組成物を生産した。, 構築物は、AFではなく、それがネイティブ値の10％を開発したNPで近いネイティブレベルにコラーゲンを生産しました。 産生されたコラーゲンは，ＡＦではｉ型，ＮＰではＩＩ型のコラーゲンが増加すると適切に局在した。 さらに，圧縮力学的性質は天然ヒツジＩＶＤのそれと同様であった。 全体として、これらの研究は、ネイティブIVDの組成および圧縮特性を模倣したTE-TDRの開発の実現可能性を実証した。, しかし、AFにおける組織とアーキテクチャの欠如、および圧縮以外のディスクのテストの失敗により、この設計がネイティブIVDのねじりおよび曲げ特性を模倣できるかどうかは不明である（第5.509章、セルカプセル化を参照）。

図4., （A）PGA/PLA線維輪（AF）とアルギン酸髄核（NP）、（b）円周方向に整列したコラーゲン線維AFとアルギン酸NP、および（c）multilamellae整列エレクトロスプンポリカプロラクトンAFとアガ

TE-TDRを生成するための第二の試みは、エレクトロスプンPLLAとヒトMscを播種したヒアルロン酸を利用しました。 この技術は、調整されていないＡＦ局所足場およびヒドロゲルＮＰ足場を使用する点で、以前の試みと同様であった。, しかし，エレクトロスプンＰＬＬＡの使用により，繊維はＡＦ領域における天然のコラーゲン線維と同様の直径であることが可能になった。 さらに、ヒアルロン酸は、足場内のNP領域を加圧し、ネイティブAFのそれと同様の張力でエレクトロスプン繊維を配置するためにelectropsun PLLAに注入されました。 さらに、ヒトＭｓｃの使用は、細胞源の臨床的関連性のために重要であり、ＴＥ-ＴＤＲにおけるそれらの有効性を調査し始める。,

構築物をin vitroで28日間培養し、AF細胞をAFの同心ラメラに似た同心層に組織したが、NPは構造中に非晶質のままであった。 ＥＣＭプロテオグリカン沈着はＡＦ領域で最も多く，ＮＰではあまり顕著ではなかった。 Ｉ型およびＩＩ型のコラーゲンはＡＦ領域で最も高く，ＮＰ領域では最も少なかった。 ＮＰにおけるこの貧しい組織発達は、構築後の足場のＮＰ領域における細胞content量の減少によるものである可能性が高い。, 全体として，エレクトロスプンＰＬＬＡはＡＦ領域と組織発達に有望な結果を示したが，このようなインプラントの機械的機能を調べるために組織に対する機械的試験は行われず，将来的にはＮＰにおける貧しい細胞密度を克服する必要がある。

最初の二つのTE-TDRデザインとは異なり、収縮したコラーゲンゲル/アルギン酸構築物は、AF領域にコラーゲンアライメントを導入する最初のものでした（図4（b））。, この方法は，オウインＮＰ細胞を播種したアルギン酸ＮＰ領域と，ＮＰ領域を囲むオウインＡＦ細胞を播種したｉ型コラーゲンゲル領域を生成した。 培養中、細胞はアルギン酸NPの周りのコラーゲン線維ネットワークを収縮させる。 ＮＰの物理的境界の結果として，コラーゲン線維はアルギン酸ＮＰの周りに周方向に整列した。 さらに，ＡＦ細胞は天然のＡＦ細胞に類似したｉ型コラーゲン線維の間に細長く周方向に整列し，ＮＰ細胞は天然のＮＰに類似した丸みを帯びた形態をとった。, この技術は、ＡＦおよびＮＰ領域におけるネイティブＩＶＤと同様の構造および組織を有するＴＥ-ＴＤＲを製造する方法を提供する。 しかし、コラーゲン線維の周方向のアライメントにもかかわらず、技術は現在、連続したAFラメラで観察される±28°コラーゲンアライメントをキャプチャ さらに、この研究では、機械的試験またはECM組成分析は行われなかった。

最新のTE-TDRは、これまでに最も複雑なTE-TDRを生成するための以前の戦略を組み合わせたものです（図4（c））。, 技術は各々の連続的な薄板の±30°角度で一直線に並べられたPCL繊維を作り出すのにelectrospun PCLを使用する。 もう一度これはこの場合アガロースだったヒドロゲルNP領域のまわりでされます。 選択された細胞は、Ｍｓｃの臨床的約束のためにウシＭｓｃであった。 考えは複雑なPCL繊維の建築が元の足場の同じ直線の整頓されていたコラーゲンの開発をもたらすことである。

培養の6週間後、コラーゲンおよびプロテオグリカン産生は、AFおよびNP領域の両方で観察された。, AF細胞とコラーゲン産生の両方が基礎となるPCL足場の±30°方向に組織されていることが観察された。 培養時間にわたってECMの沈着にもかかわらず、プロテオグリカンの値は<AFとNPの両方のネイティブ値の32％であり、AFのコラーゲンのネイティブ値の5％であった。 コラーゲン値はＮＰにおける天然とＴＥ-ＴＤＲの間で類似していた。 見ることができるように一直線に並べられたelectrospun繊維を使用する技術は天然AFと同じようなコラーゲンの構成の促進を助けます。, しかし、これらの足場におけるネイティブの価値レベルに大きなECM開発を促進する方法を調査することが重要になります。

これらのTE-TDR戦略の開発は、ネイティブIVDと同様のECM構成および組織の様々なレベルを促進する上で最初の約束を示しています。 しかし、AF組織の増加傾向とこれらのインプラントの機械的性質に焦点を当てているにもかかわらず、ネイティブディスク空間でこのようなデバイスを成功させるために何が必要なのかは現在不明である。, これらの足場の透過性などの他の設計パラメータにはあまり注意が払われておらず、これはディスク空間の限られた栄養環境において非常に重要であることが証明される可能性がある。 これらのTE-Tdrがネイティブディスク環境でどのように反応するかをよりよく理解することは、足場の特性の適切なバランスが成功した組織の発 これらのインプラントは、機械的負荷に耐え、生き残り、発達し、一度移植されると天然の組織と統合する必要があります。,

最近の研究は、収縮したコラーゲンゲル/アルギン酸TE-TDRを用いて、これらのin situ質問に対処し始めている。92TE-TDRsは、ラットの腰部および尾椎椎間板腔に移植され、最大6ヶ月間培養された。 これらの研究は、ネイティブディスクに比べて移植時のコラーゲン/アルギン酸TE-TDRのはるかに低い弾性率にもかかわらず、組織は6ヶ月（78％）にわたってディスクの高さの大部分を維持することができたことを示した。 さらに，組織はプロテオグリカンとコラーゲンの広範な沈着を見て，椎体およびエンドプレートと統合していた。, さらに、設計された運動セグメントを機械的に試験したとき、それはネイティブディスクと同様の圧縮特性を示した。 これらの結果は、TE-TDRがdisc板空間に移植されたときに機械的に機能的な組織を形成することができることを示した最初のものであった。 これらの結果は、注入におけるＴＥ-Ｔｄｒの比較的低い機械的強度のために特に興味深い。, コラーゲンとアルギン酸ＴＥ-ＴＤＲの結合された高透過性の性質は、ディスク空間における組織の発達と統合を促進する十分な栄養輸送を可能にすることが可能である。 この分野が前進するにつれて、TE-TDR特性（弾性率、透過性、細胞型、ECM組成、AF繊維組織など）がどのように理解されるかを理解するために、ネイティブディスク空間でより多くの作業が行われることが重要になるでしょう。）in situ組織形成に影響を与える（第6.614章、摩耗：全椎間板プロテーゼを参照）。