Disc Intervertebral

6.615.3.3 Total de Înlocuire Disc

O asemănare există între IVD și un cauciuc cu aer a anvelopei fiind reprezentat de NP și din otel-curea cauciuc armat fiind reprezentat de AF. În plus, această similitudine poate fi extinsă și la repararea IVD., În anumite situații, va fi avantajos să reumpleți aerul anvelopei( înlocuire nucleară); în alte situații, este posibil să puteți face o gaură în anvelopă (reparație AF) și, în sfârșit, există momente în care întreaga anvelopă trebuie înlocuită (TDR). Este situația finală, în care hernia sau degenerarea AF este suficient de avansată încât o abordare unică NP sau AF nu poate fi eficientă. Din acest motiv, TDR este în prezent investigat.,TDR Artificial a fost recent introdus în practica clinică în Statele Unite cu aprobarea FDA a dispozitivului Charité discutat anterior în 2004. Ideea unui disc compozit pe bază de țesut a fost introdusă odată cu publicarea primului disc compozit proiectat prin țesut în același timp.53 ideea că întregul IVD poate fi înlocuit cu o structură proiectată prin țesut este una ambițioasă datorită structurii complexe a IVD; cu toate acestea, studiile timpurii au arătat proprietăți promițătoare ECM și mecanice cu un compozit PLA/PGA/alginat., Criteriile majore de proiectare în dezvoltarea unei înlocuiri totale a discului (te-TDR) prin inginerie tisulară sunt (1) proiectarea unui disc care poate rezista la încărcarea mecanică complexă odată implantată, (2) poate recrea funcția mecanică a IVD, (3) se poate integra cu țesuturile native și (4) poate supraviețui și se poate dezvolta în spațiul discului lipsit de nutrienți. Aceste criterii de proiectare sunt complexe și sunt chiar concurente., Dezvoltarea unui disc rigid mecanic conceput pentru a rezista la încărcarea complexă va avea probabil proprietăți de permeabilitate scăzută și poate face dificilă obținerea unui transport suficient de nutrienți pe disc în mediul discului cu conținut scăzut de nutrienți. În schimb, un disc foarte permeabil care poate asigura un transport mai bun de nutrienți va fi mai puțin rigid și poate avea probleme cu rezistența la sarcini mecanice. În prezent, nu se știe care va fi echilibrul adecvat al acestor proprietăți concurente într-un TE-TDR de succes.,până în prezent, doar patru modele și cinci lucrări au fost publicate pe TE-TDRs. Aceste TE-TDRs includ un PGA/PLA (AF)/alginat (NP) compozit,53,54 o electrospun PLLA (AF)/acid hialuronic (NP) compozit,82 contractat un gel de colagen (AF)/alginat (NP) compozit,88 și un electrospun PCL (AF)/agaroză (NP) compozit.91 selecția celulelor pentru aceste construcții a fost fie celule IVD ovine, celule MSC bovine, fie celule MSC umane. Selecția materialului pentru fiecare încercare a utilizat un hidrogel pentru NP, cu o tendință spre creșterea organizării ierarhice în regiunea AF (Tabelul 4).,Tabelul 4. Țesut-inginerie total de înlocuire disc

The first TE-TDR to be attempted was the PGA/PLA/alginate composite., Construcția a fost însămânțată cu celule NP ovine și AF în regiunile respective ale discului. Hidrogelul alginat a furnizat un mediu asemănător NP care a menținut morfologia rotunjită a celulelor NP odată încapsulate. Regiunea AF a PGA / PLA a furnizat morfologia brută a AF, dar nu conținea nicio organizație inerentă AF nativă [Figura 4 litera (A)]. Schelele au fost implantate subcutanat în spatele unui șoarece atimic timp de 4 luni și au produs o compoziție proteoglican similară cu cea a nativului din AF și NP., Construcțiile au produs colagen la niveluri aproape native în AF, dar nu în NP, unde a dezvoltat 10% din valorile native. Colagenul produs a fost localizat corespunzător cu colagen crescut de tip I în AF și de tip II în NP. În plus, proprietățile mecanice la compresiune au fost similare cu cele ale oilor autohtoni IVD. În ansamblu, aceste studii au demonstrat fezabilitatea dezvoltării unui TE-TDR care să imite proprietățile compoziționale și compresive ale IVD nativ., Cu toate acestea, cu lipsa de organizare și de arhitectură, în AF, și eșecul de a testa discuri în nimic, dar de compresie, nu este clar dacă acest design ar putea imita torsiune și îndoire proprietățile native IVD (a se vedea Capitolul 5.509, Încapsularea Celulelor).

Figura 4., Țesut-inginerie total disc înlocuiri cu (o) PGA/PLA annulus fibrosus (AF) și alginat nucleul pulpos (NP), (b) circumferențial aliniat de colagen fibrilară AF și alginat NP, și (c) multilamellae aliniat electrospun policaprolactona AF și de agaroză NP.

Cea de-a doua încercare de a produce un TE-TDR utilizate electrospun PLLA și acid hialuronic însămânțate cu om Csm. Această tehnică a fost similară cu încercarea anterioară prin faptul că a folosit o schelă regională AF nealiniată și o schelă hidrogel NP., Cu toate acestea, utilizarea electrospun PLLA a permis fibrelor să aibă un diametru similar cu fibrilele de colagen native din regiunea AF. În plus, acidul hialuronic a fost injectat în electropsun PLLA să preseze NP regiune în schele și locul electrospun fibre în tensiune similară cu cea a nativilor AF. În plus, utilizarea MSC la om este semnificativă datorită relevanței clinice a sursei celulare și începe să investigheze eficacitatea acestora într-un TE-TDR.,construcțiile au fost cultivate timp de 28 de zile in vitro, iar celulele AF au fost organizate în straturi concentrice asemănătoare lamelelor concentrice ale AF, în timp ce NP a rămas amorf în structură. Depunerea proteoglicanului ECM a fost cea mai răspândită în regiunea AF, cu o depunere mai puțin pronunțată în NP. Tipurile de colagen I și II au avut, de asemenea, cea mai mare concentrație în regiunea AF, cu cel mai puțin prezent în regiunea NP. Această dezvoltare slabă a țesutului în NP S-a datorat probabil conținutului scăzut de celule din regiunea NP a schelei după construcție., În general, electrospun PLLA arătat rezultate promițătoare pentru AF regiune și dezvoltarea țesutului; cu toate acestea, nici un mecanic de testare a fost efectuată în țesut pentru a investiga funcția de mecanic de astfel de un implant și acesta va fi necesar pentru a depăși slabă densitate celulară în NP în viitor.spre deosebire de primele două modele TE-TDR, construcția de gel/alginat de colagen contractat a fost prima care a introdus alinierea colagenului în regiunea AF (Figura 4(b))., Tehnica a produs o regiune de alginat NP însămânțată cu celule NP ovine și o regiune de gel de colagen de tip I însămânțată cu celule AF ovine care înconjoară regiunea NP. În timpul culturii, celulele contractează rețeaua fibrilă de colagen în jurul alginatului NP. Ca urmare a limitei fizice a NP, fibrilele de colagen s-au aliniat circumferențial în jurul NP alginat. În plus, celulele AF au fost alungite și aliniate circumferențial între fibrilele de colagen de tip I similare celulelor AF native, iar celulele NP au preluat o morfologie rotunjită similară cu NP nativ., Această tehnică oferă o metodă de producere a unui TE-TDR care are o arhitectură și o organizare similară cu cea a IVD nativ în regiunea AF și NP. Cu toate acestea, în ciuda alinierii circumferențiale a fibrilelor de colagen, tehnica nu reușește în prezent să capteze alinierea colagenului ±28° observată în lamelele AF succesive. În plus, în acest studiu nu a fost efectuată nicio testare mecanică sau analiză a compoziției ECM.cel mai recent TE-TDR combină strategiile anterioare pentru a produce cel mai complex TE-TDR până în prezent [Figura 4 (c)]., Tehnica utilizează PCL electrospun pentru a produce fibre PCL aliniate la unghiuri de ±30° în fiecare lamelă succesivă. Încă o dată, acest lucru se face în jurul unei regiuni hidrogel NP, care în acest caz a fost agaroză. Celulele selectate au fost celule stem mezenchimale bovine datorită promisiunii clinice a celulelor stem mezenchimale. Ideea este că arhitectura complexă a fibrelor PCL va duce la dezvoltarea organizată a colagenului cu aceeași aliniere a schelei originale.după 6 săptămâni de cultură, producția de colagen și proteoglican a fost observată atât în regiunea AF, cât și în regiunea NP., S-a observat că atât celulele AF, cât și producția de colagen au fost organizate în direcția ±30° a schelei PCL subiacente. În ciuda depunerea de ECM prin cultura timp, valorile pentru proteoglicani au fost <32% din valorile native în ambele AF și NP și au fost de 5% din valorile native pentru colagen în AF. Valorile colagenului au fost similare între nativ și TE-TDR în NP. După cum se poate observa, tehnica de utilizare a fibrelor electrospun aliniate ajută la promovarea organizării colagenului similar cu AF nativ., Cu toate acestea, va fi important să se investigheze modul de promovare a unei dezvoltări mai mari a ECM la niveluri de valoare native în aceste structuri.dezvoltarea acestor strategii TE-TDR a demonstrat promisiunea inițială de a promova diferite niveluri de compoziție și organizare ECM similare cu IVD nativ. Cu toate acestea, în ciuda tendinței de creștere a organizării AF și concentrarea asupra proprietăților mecanice ale acestor implanturi, în prezent nu se știe ce este necesar pentru implementarea cu succes a unui astfel de dispozitiv în spațiul discului nativ., Mai puțină atenție este acordată altor parametri de proiectare, cum ar fi permeabilitatea acestor schele, o proprietate care s-ar putea dovedi extrem de importantă în mediul nutritiv limitat al spațiului discului. O mai bună înțelegere a modului în care acestea TE-TDRs reacționa în nativ disc de mediu va fi necesar pentru a recunoaște ceea ce echilibru adecvat de schela de proprietăți este că va promova cu succes țesutul dezvoltarea și buna spinării funcție. Aceste implanturi vor trebui să reziste la încărcarea Mecanică, să supraviețuiască și să se dezvolte și să se integreze cu țesutul nativ odată implantat.,

lucrările recente au început să abordeze aceste întrebări In situ folosind gelul de colagen / alginatul te-TDR contractat.92 TE-TDRs au fost implantate în spațiul discului lombar și coada șobolanului și cultivate timp de până la 6 luni. Aceste studii au demonstrat că, în ciuda modulului mult mai scăzut al colagenului/alginatului TE-TDR la momentul implantării, comparativ cu discul nativ, țesutul a fost capabil să mențină o majoritate a înălțimii discului pe parcursul a 6 luni (78%). În plus, țesutul a văzut depuneri extinse de proteoglicani și colagen și sa integrat cu corpurile vertebrale și plăcile finale., Mai mult, atunci când segmentul de mișcare proiectat a fost testat mecanic, a demonstrat proprietăți de compresiune similare cu discul nativ. Aceste rezultate au fost primele care au arătat că un TE-TDR ar putea forma cu succes un țesut funcțional mecanic atunci când este implantat în spațiul discului. Aceste rezultate sunt deosebit de interesante datorită rezistenței mecanice relativ scăzute a TE-TDRs la implantare., Este posibil ca natura cuplată foarte permeabilă a colagenului și alginatului TE-TDR să permită un transport suficient de nutrienți care să promoveze dezvoltarea și integrarea țesutului în spațiul discului. Va fi important ca acest câmp se mișcă înainte, pentru mai mult de lucru să fie făcut în spațiul de disc nativ pentru a înțelege modul în care proprietățile TE-TDR (modul, permeabilitate, tip de celule, compoziția ECM, organizarea fibrei AF, etc.) afectează formarea țesutului in situ (vezi capitolul 6.614, uzură: proteze totale de Disc Intervertebral).