Intervertebral Disc (Português)

6.615.3 Total Disc Replacement

existe uma semelhança entre o IVD e um pneu com o ar do pneu sendo representado pelo NP e a borracha reforçada de cinto de aço sendo representado pelo AF. Além disso, esta semelhança também pode ser alargada à reparação da div., Em certas situações, será vantajoso recarregar o ar do pneu (substituição nuclear); em outras situações, pode-se ser capaz de remendar um furo no pneu (reparação AF), e, finalmente, há momentos em que todo o pneu deve ser substituído (TDR). É a situação final, na qual a herniação ou degeneração do AF é avançada o suficiente para que uma única abordagem NP ou AF não possa ser eficaz. É por esta razão que a TDR está actualmente a ser investigada.,

TDR Artificial foi recentemente introduzido na prática clínica nos Estados Unidos com a aprovação da FDA do anteriormente discutido dispositivo Charité em 2004. A ideia de um disco composto baseado em tecidos foi introduzida com a publicação do primeiro disco composto de engenharia de tecidos ao mesmo tempo.53 a ideia de que toda a div pode ser substituída por uma estrutura de engenharia de tecidos é ambiciosa devido à estrutura complexa da div; no entanto, os primeiros estudos mostraram propriedades mecânicas e ECM promissoras com um composto PLA/PGA/alginato., Os principais critérios de projeto no desenvolvimento de uma substituição total de disco por engenharia de tecidos (TE-TDR) são (1) projetar um disco que possa suportar a carga mecânica complexa uma vez implantada, (2) pode recriar a função mecânica da IVD, (3) pode integrar-se com tecidos nativos, e (4) pode sobreviver e desenvolver-se no espaço de disco privado de nutrientes. Estes critérios de concepção são complexos e estão mesmo a competir., O desenvolvimento de um disco mecanicamente rígido projetado para suportar o carregamento complexo provavelmente terá propriedades de baixa permeabilidade e pode tornar difícil obter transporte de nutrientes suficiente em todo o disco no ambiente de disco de baixo nutriente. Inversamente, um disco altamente permeável que possa fornecer um melhor transporte de nutrientes será menos rígido e pode ter dificuldade em suportar as cargas mecânicas. Atualmente, não se sabe qual será o equilíbrio adequado dessas propriedades concorrentes em um TE-TDR bem sucedido.,

The first TE-TDR to be attempted was the PGA/PLA/alginate composite., A construção foi semeada com células NP e AF de ovinos nas respectivas regiões do disco. O hidrogel alginato forneceu um ambiente semelhante ao NP que manteve a morfologia arredondada das células NP uma vez encapsuladas. A região AF de PGA/PLA forneceu a morfologia bruta do AF, mas não continha nenhuma da organização inerente ao Af nativo [Figura 4 (a)]. Os andaimes foram implantados por via subcutânea na parte de trás de um rato atímico durante 4 meses e produziram uma composição proteoglicana semelhante à do nativo no AF e no NP., As construções produziram colagénio para níveis próximos dos native levels in the AF but not in the NP where it developed 10% of the native values. O colagénio produzido foi devidamente localizado com um aumento do colagénio tipo I no AF e tipo II no NP. Além disso, as propriedades mecânicas de compressão eram semelhantes às da Ovelha nativa IVD. No geral, estes estudos demonstraram a viabilidade de desenvolver uma TE-TDR que imitava as propriedades de composição e compressão da IVD nativa., No entanto, com a falta de organização e arquitetura no AF, e a falha em testar os discos em qualquer coisa, menos compressão, não é claro se este projeto poderia imitar as propriedades de torção e flexão do IVD nativo (ver capítulo 5.509, encapsulação celular).

Figura 4., Substituições totais de discos da engenharia de tecidos com (a) PGA / PLA annulus fibrosus (AF) e o núcleo de alginato de pulposus (NP), (b) fibril AF de colagénio de alinhamento circunferencial e alginato de NP, e (c) polycaprolactona AF e agarose NP alinhadas de multilamellae.

A segunda tentativa de produzir um TE-TDR utilizado electrospun PLLA e ácido hialurônico semeado com humanos MSCs. Esta técnica foi semelhante à tentativa anterior em que usou um andaime regional não alinhado e um andaime hidrogel NP., No entanto, o uso de PLLA eletrospun permitiu que as fibras fossem de diâmetro similar às fibrilhas nativas de colágeno na região AF. In addition, the hyaluronic acid was injected into the electropsun PLLA to pressurize the NP region within the scaffold and place the electrospun fibers in tension similar to that of the native AF. Além disso, a utilização de MSCs humanos é significativa devido à relevância clínica da fonte celular e começa a investigar a sua eficácia num te-TDR.,

As construções foram cultivadas durante 28 dias in vitro e as células AF organizadas em camadas concêntricas semelhantes às lamelas concêntricas do AF, enquanto o NP permaneceu amorfo em estrutura. A deposição de proteoglicanos ECM foi mais prevalente na região AF com uma deposição menos pronunciada no PN. Os tipos I e II de colagénio apresentavam igualmente a concentração mais elevada na região AF, com menos presença na região NP. Este fraco desenvolvimento de tecidos no PN foi provavelmente devido à diminuição do conteúdo celular na região de PN do andaime após a construção., No geral, o PLLA eletrospun mostrou resultados promissores para a região AF e desenvolvimento de tecidos; no entanto, nenhum teste mecânico foi realizado no tecido para investigar a função mecânica de tal implante e será necessário superar a fraca densidade celular no PN no futuro.ao contrário dos dois primeiros desenhos TE-TDR, a construção contratada do gel de colagénio/alginato foi a primeira a introduzir o alinhamento do colagénio na região AF (Figura 4(b))., A técnica produziu uma região NP alginato semeada com células NP de ovinos e uma região de gel de colagénio tipo I semeada com células AF de ovinos que circundam a região NP. Durante a cultura, as células contraiem a rede de colagénio fibril em torno do alginato NP. Como resultado do limite físico do NP, as fibrilhas de colágeno se alinharam circunferencialmente em torno do alginato NP. Além disso, as células AF foram alongadas e circunferencialmente alinhadas entre as fibrilhas de colagénio tipo I semelhantes às células Af nativas e as células NP assumiram uma morfologia arredondada semelhante à NP nativa., Esta técnica fornece um método de produção de um TE-TDR que tem uma arquitetura e organização semelhante à do IVD nativo na região AF e NP. No entanto, apesar do alinhamento circunferencial das fibrilhas de colágeno, a técnica atualmente não consegue capturar o alinhamento de ±28° de colágeno observado nas sucessivas lamelas AF. Além disso, neste estudo não foram realizados ensaios mecânicos ou análises de composição ECM.

A TE-TDR mais recente combina as estratégias anteriores para produzir a TE-TDR mais complexa até à data [Figura 4 (C)]., A técnica usa electrospun PCL para produzir fibras PCL alinhadas a ± 30° ângulos em cada lamela sucessiva. Mais uma vez isso é feito em torno de uma região de hidrogel NP, que neste caso era agarose. As células selecionadas foram MSCs bovinos por causa da promessa clínica de MSCs. A idéia é que a complexa arquitetura de fibra PCL levará ao desenvolvimento organizado de colágeno com o mesmo alinhamento do andaime original.após 6 semanas de cultura, observou-se a produção de colagénio e proteoglicano tanto na região AF como na região NP., Observou-se que tanto as células AF como a produção de colagénio estavam organizadas na direcção ±30° do andaime PCL subjacente. Apesar da deposição de ECM ao longo do tempo de cultura, os valores para os proteoglicanos foram <32% dos valores nativos no AF e NP e foram 5% dos valores nativos para o colagénio no AF. Os valores do colagénio foram semelhantes entre o nativo e o TE-TDR no NP. Como pode ser visto, a técnica de usar fibras eletrospun alinhadas ajuda a promover a organização do colágeno semelhante ao Af nativo., No entanto, será importante investigar como promover um maior desenvolvimento ECM para os níveis de valor nativo nestes Andaimes.

o desenvolvimento destas estratégias TE-TDR tem mostrado promessa inicial na promoção de diferentes níveis de composição e organização ECM semelhante à IVD nativa. No entanto, apesar da tendência para aumentar a organização AF e o foco nas propriedades mecânicas destes implantes, é atualmente desconhecido o que é necessário para a implementação bem sucedida de tal dispositivo no espaço de disco nativo., Menos atenção é dada a outros parâmetros de projeto, tais como a permeabilidade destes Andaimes, uma propriedade que pode se revelar extremamente importante no ambiente de nutrientes limitado do espaço do disco. Uma melhor compreensão de como estes TE-TDRs reagem no ambiente de disco nativo será necessário reconhecer o que o equilíbrio adequado das propriedades do andaime é que irá promover o desenvolvimento de tecidos bem sucedido e função espinal adequada. Estes implantes terão de suportar a carga mecânica, sobreviver e desenvolver-se, e integrar-se com o tecido nativo uma vez implantado.,o trabalho recente começou a abordar estas questões in situ utilizando o gel de colagénio / alginato contraído TE-TDR.92 os Te-TDRs foram implantados no espaço do disco lombar e da cauda do rato e cultivados durante até 6 meses. Estes estudos demonstraram que, apesar do módulo muito mais baixo do colagénio/alginato TE-TDR no momento da implantação em comparação com o disco nativo, o tecido foi capaz de manter a maior parte da altura do disco durante 6 meses (78%). Além disso, o tecido viu a deposição extensiva de proteoglicanos e colágeno e tinha integrado com os corpos vertebrais e endplatos., Além disso, quando o segmento de movimento projetado foi testado mecanicamente, ele demonstrou propriedades de compressão similares ao disco nativo. Estes resultados foram os primeiros que mostraram que um TE-TDR poderia formar um tecido mecanicamente funcional quando implantado no espaço do disco. Estes resultados são especialmente intrigantes devido à relativamente baixa força mecânica dos Te-TDRs na implantação., É possível que a natureza altamente permeável do colagénio e alginato TE-TDR tenha permitido um transporte de nutrientes suficiente que promovesse o desenvolvimento e a integração dos tecidos no espaço do disco. Será importante à medida que este campo avança, que mais trabalho seja feito no espaço de disco nativo para entender como as propriedades TE-TDR (módulo, permeabilidade, tipo celular, composição ECM, AF fiber organization, etc.) afectam a formação dos tecidos in situ (ver capítulo 6.614, Wear: Próteses Totais do disco Intervertebral).