6.615.3.3 총 Disc 교체
성 사이에 존재하는 IVD 및 타이어 공기 타이어의 표시되는 NP 고 강철-벨트 강화 고무되고 있으로 표현 AF. 또한,이 유사성은 IVD 의 수리에도 확장 될 수있다., 특정 상황에서,그것은 것이 유리한 것을 보충기의 타이어(핵체);다른 상황에서 수 있습니다 패치 할 수있는 구멍에서 타이어(AF 수리),그리고 마지막으로,시간이 있다면 전체를 타이어를 교체해야 합 TDR(). 그것은 유일한 NP 또는 AF 접근법이 효과적 일 수 없을 정도로 af 의 탈장 또는 퇴행이 진행된 최종 상황입니다. TDR 이 현재 조사되고있는 것은 이러한 이유 때문입니다.,
인공 TDR 은 최근 2004 년에 이전에 논의 된 Charité 장치의 FDA 승인을 받아 미국에서 임상 실습에 도입되었습니다. 조직 기반 복합 디스크의 아이디어는 같은시기에 처음으로 조직 공학 복합 디스크의 출판과 함께 소개되었습니다.53 는 아이디어는 전체 IVD 로 대체될 수 있 조직 엔지니어링 구조가 야심 중 하나 때문에 복잡한 구조물의 IVD;그러나,이른 연구에 유망한 ECM 및 기계적 속성과 PLA/PGA/알긴산을 구성할 수 있습니다., 주요 설계 기준을 개발에 조직 엔지니어링 총 disc 교체(TE-TDR)(1)디자인하는 디스크에 견딜 수 있는 복잡한 기계적 부하면 이식,(2)다시 만들 수 있습 기계의 기능 IVD,(3)와 통합할 수 있습니다 기본 조직,그리고(4)살아남을 수 있습 및 개발한에서 영양분이 박탈되는 디스크 공간입니다. 이러한 설계 기준은 복잡하고 심지어 경쟁하고 있습니다., 의 개발에 기계적으로 뻣뻣한 디스크를 견딜 수 있도록 설계되었는 복잡한 적재 가능성이 낮은 침투성 속성을 만들 수 있습니다 그것이 어렵게 충분한 영양 전송을 통하여 디스크에 저렴한 영양이 되는 디스크 환경입니다. 반대로,매우 투과 디스크를 제공할 수 있는 더 나은 영양소 운송 덜 될 것이라 딱딱하고 문제가있을 수 있습니다 저항의 기계적 부하. 현재,이러한 경쟁 속성의 적절한 균형이 성공적인 TE-TDR 에서 어떻게 될지 알 수 없습니다.,
현재까지 TE-TDRs 에 4 개의 디자인과 5 개의 논문 만 출판되었습니다. 이러한 TE-TDRs 는 pga/PLA(AF)/알지네이트(NP)복합체,53,54electrospun PLLA(af)/hyaluronic acid(NP)복합체,82 계약 콜라겐 겔(AF)/알지네이트(NP)복합체,88 및 electrospun PCL(AF)/agarose(NP)복합체를 포함한다.91 이러한 구조에 대한 세포 선택은 ovine IVD 세포,소 MSCs 또는 인간 MSCs 중 하나였습니다. 각 시도에 대한 재료 선택은 AF 영역에서 계층 적 조직을 증가시키는 경향과 함께 NP 에 대한 하이드로 겔을 이용했다(표 4).,
표 4. Tissue-engineered total disc replacement
| Mizuno et al.53,54 | 네스티 외.82 | Bowles 외.92 | Nerurkar 외., 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., 구조는 디스크의 각각의 영역에서 ovine NP 및 AF 세포로 시드되었다. 알지네이트 하이드로 겔은 일단 캡슐화되면 NP 세포의 둥근 형태를 유지하는 NP-유사 환경을 제공했다. PGA/PLA 의 AF 영역은 af 의 총체적인 형태를 제공했지만 네이티브 af 에 내재 된 조직은 전혀 포함되지 않았다(그림 4(a)). 스캐 폴드를 4 개월 동안 athymic 마우스의 뒤쪽에 피하로 이식하고 af 및 NP 에서 원주민의 것과 유사한 프로테오글리칸 조성을 생성 하였다., 구조는 af 에 있는 가까운 본래 수준에 교원질을 그러나 그것이 본래 가치의 10%를 개발한 NP 에서 아닙니다 생성했습니다. 생성 된 콜라겐은 AF 에서 증가 된 콜라겐 i 형과 NP 에서 ii 형으로 적절하게 국소화되었다. 또한,압축 기계적 특성은 네이티브 양 IVD 의 그것과 유사했다. 전반적으로,이 연구들은 네이티브 IVD 의 구성 및 압축 특성을 모방 한 TE-TDR 개발의 타당성을 입증했다., 그러나 부족과 조직 및 건축 AF,그리고 실패를 테스트하는 디스크에서 아무것도 하지만 압축,그것은 명확하지 않는 경우 이 디자인할 수 있을 모방 비틀림 및 굽힘 속성의 기본 IVD(장을 참조하십시오 5.509,셀룰라 캡슐에 넣기).
림 4., (A)PGA/PLA annulus fibrosus(AF)및 alginate nucleus pulposus(NP),(b)완곡하게 정렬 된 콜라겐 fibril AF 및 alginate NP 및(c)multilamellae 정렬 된 electrospun polycaprolactone AF 및 agarose NP 로 조직 설계된 총 디스크 대체.
TE-TDR 을 생산하려는 두 번째 시도는 인간 MSCs 로 시드 된 electrospun PLLA 및 hyaluronic acid 를 이용했다. 이 기술은 이전에 유사한 시도는 사용 정렬되지 않은 AF 지역 비계 및 hydrogel NP 비계., 그러나,electrospun PLLA 의 사용은 섬유가 af 지역의 네이티브 콜라겐 피 브릴과 비슷한 직경이되도록 허용했다. 또한,히아루론산 주사되었으로 electropsun PLLA 에 압력을 NP 영역 내에서의 비계 및 electrospun 섬유에서의 긴장의 유사한 기본다. 또한,인간 MSCs 의 사용은 세포 공급원의 임상 적 관련성으로 인해 중요하며 TE-TDR 에서 그 효과를 조사하기 시작합니다.,
구문을 배양 28 일 시험관 및 AF 세포로 구성되어 동심 층을 닮은 동심 lamellae AF 동안 NP 남 무조직에서는 구조입니다. ECM proteoglycan 침착은 NP 에서 덜 두드러진 침착으로 AF 영역에서 가장 널리 퍼졌다. 콜라겐 유형 I 및 II 는 또한 NP 영역에 가장 적게 존재하는 AF 영역에서 가장 높은 농도를 가졌다. NP 에서의 이러한 불량한 조직 발달은 건설 후 스캐 폴드의 NP 영역에서 세포 함량이 감소했기 때문일 가능성이 있었다., 전반적으로,electrospun PLLA 유망한 결과를 보여 주었다 AF 지역 및 조직 개발은,그러나,기계적 테스트를 수행했에서 조직을 조사하는 기계의 기능은 임플란트와 필요할 것이를 극복하면 가난한 세포의 밀도에서 NP 에서 미래입니다.
처음 두 TE-TDR 설계와 달리,계약 된 콜라겐 겔/알지네이트 구조는 af 영역에 콜라겐 정렬을 도입 한 최초의 것이었다(그림 4(b))., 이 기술은 ovine NP 세포로 시드 된 알긴산 NP 영역과 NP 영역을 둘러싼 ovine AF 세포로 시드 된 i 형 콜라겐 겔 영역을 생산했다. 배양하는 동안,세포는 알지네이트 NP 주변의 콜라겐 피 브릴 네트워크를 수축시킨다. Np 의 물리적 경계의 결과로서,콜라겐 피 브릴은 알지네이트 NP 주위에 원주 방향으로 정렬되었다. 또한,AF 셀 길고 원주 사이에 정렬되는 종류 내가 콜라겐 섬유와 비슷한 원 AF 세포 및 NP 세포에 둥근 형태와 유사한 기본 NP., 이 기술은 af 및 NP 지역의 기본 IVD 와 유사한 아키텍처 및 조직을 갖는 TE-TDR 을 생산하는 방법을 제공합니다. 그러나,그럼에도 불구하고 원주의 맞춤 콜라겐 섬유 기술을 현재 실패했을±28°콜라겐 맞춤 관찰에서 연속적인 AF lamellae. 또한,본 연구에서 기계적 시험 또는 ECM 조성 분석은 수행되지 않았다.
가장 최근의 TE-TDR 은 이전 전략을 결합하여 현재까지 가장 복잡한 TE-TDR 을 생성합니다(그림 4(c))., 이 기술은 electrospun PCL 을 사용하여 각 연속 라멜라에서±30°각도로 정렬 된 PCL 섬유를 생성합니다. 다시 한번 이것은 하이드로 겔 NP 영역 주위에서 이루어지며,이 경우 아가 로스였다. 선택된 세포는 MSCs 의 임상 적 약속 때문에 소 MSCs 였다. 아이디어는 복잡한 PCL 섬유 아키텍처가 원래의 발판과 동일한 정렬로 조직화 된 콜라겐 개발로 이어질 것이라는 것입니다.
배양 6 주 후,af 및 NP 영역 모두에서 콜라겐 및 프로테오글리칸 생산이 관찰되었다., Af 세포와 콜라겐 생성 모두가 기본 PCL 스캐 폴드의±30°방향으로 조직되었다는 것이 관찰되었다. 에도 불구하고 침착 ECM 통화 시간,값에 대한 proteoglycans 었<32%의 기본 값들 모두에서 AF 및 NP 었 5%의 기본 값에서 콜라겐 AF. 콜라겐 값은 np 에서 native 와 TE-TDR 사이에서 유사했다. 알 수 있듯이,정렬 된 전기 방사 섬유를 사용하는 기술은 네이티브 AF 와 유사한 콜라겐 조직을 촉진하는 데 도움이됩니다., 그러나 이러한 스캐 폴드에서 기본 가치 수준으로 더 큰 ECM 개발을 촉진하는 방법을 조사하는 것이 중요 할 것입니다.
이러한 TE-TDR 전략의 개발은 네이티브 IVD 와 유사한 다양한 수준의 ECM 구성 및 조직을 촉진하는 초기 약속을 보여주었습니다. 그러나,그럼에도 불구하고 동향으로 증가하는 AF 조직에 초점을 기계적 특성의 이러한 임플란트,그것은 현재 알려진 무엇이 필요한의 성공적인 구현을 위해 이러한 장치에서는 네이티브 디스크 공간입니다., 더 적은에 대하여 다루게 된 다른 디자인 등과 같은 매개변수 투과성 이러한 장비의 속성할 수 있는 증명에서 매우 중요한 영양소의 환경은 디스크 공간입니다. 의 더 나은 이해를 어떻게 이러한 TE-TDRs 반응에서는 네이티브 디스크 환경이 필요할 것이 무엇인지에 적절한 균형의 비계성 속성을 촉진하는 것에 성공 조직 개발과 적절한 척추는 기능. 이 임플란트는 기계적 하중을 견디고 생존하고 발전하며 일단 이식되면 기본 조직과 통합해야합니다.,
최근 작업은 계약 된 콜라겐 겔/알지네이트 TE-TDR 을 사용하여 이러한 현장 질문을 해결하기 시작했습니다.92TE-TDRs 를 래트의 요추 및 꼬리 디스크 공간에 이식하고 최대 6 개월 동안 배양 하였다. 이러한 연구는 증명에도 불구하고 훨씬 낮은 계수의 콜라겐/alginate TE-TDR 의 시간에서 주입에 비해 네이티브 디스크의 조직을 유지할 수 있는 대부분의 디스크를 높이 6 개월 이상(78%). 또한,조직은 프로테오글리칸 및 콜라겐의 광범위한 침착을 보았고 척추체 및 내판과 통합되었다., 또한,설계된 모션 세그먼트가 기계적으로 테스트되었을 때,네이티브 디스크와 유사한 압축 특성을 나타냈다. 이러한 결과는 te-TDR 이 디스크 공간에 이식 될 때 기계적으로 기능하는 조직을 성공적으로 형성 할 수 있음을 최초로 보여 주었다. 이러한 결과는 이식시 TE-TDRs 의 기계적 강도가 상대적으로 낮기 때문에 특히 흥미 롭습니다., 가능성 결합된 고도 투과 자연의 콜라겐과 알긴산 TE-TDR 도록 충분한 영양 전송하는 추진 조직을 개발 및 통합에 디스크 공간입니다. 그것이 중요한 것입으로 이 필드를 움직이 앞으로 더 많은에서 할 일이 네이티브 디스크 공간을 이해하는 방법 TE-TDR 속성(탄성,투과성,휴식,ECM 구성 AF 섬유 조직,등등.)현장 조직 형성에 영향을 미친다(6.614 장,마모:총 추간판 보철물 참조).피>