Intervertebral skiva

6.615.3.3 Total skivbyte

en likhet finns mellan IVD och ett däck med luften av däcket som representeras av NP och stålbältet förstärkt gummi som representeras av AF. Dessutom kan denna likhet utvidgas till att även omfatta reparation av IVD., I vissa situationer kommer det att vara fördelaktigt att fylla på däckets luft (kärnbyte); i andra situationer kan man kanske lappa ett hål i däcket (af-reparation), och slutligen finns det tillfällen då hela däcket måste bytas ut (TDR). Det är den slutliga situationen, där herniation eller degenerering av AF är avancerad nog att en enda NP eller af-strategi inte kan vara effektiv. Det är av den anledningen som TDR för närvarande undersöks.,

artificiell TDR har nyligen införts i klinisk praxis i USA med FDA-godkännande av den tidigare diskuterade Charité-enheten i 2004. Idén om en vävnadsbaserad kompositskiva introducerades med publicering av den första vävnadstekniska kompositskivan ungefär samtidigt.53 tanken att hela IVD kan ersättas av en vävnadsteknisk struktur är ambitiös på grund av IVD: s komplexa struktur.de tidiga studierna visade dock lovande ECM och mekaniska egenskaper med en pla/PGA/alginatkomposit., De viktigaste konstruktionskriterierna för att utveckla en vävnadsteknisk total skivbyte (TE-TDR) är (1) att utforma en skiva som tål den komplexa mekaniska belastningen när den implanterats, (2) kan återskapa IVD: s mekaniska funktion, (3) kan integreras med inhemska vävnader och (4) kan överleva och utvecklas i det näringslösa skivutrymmet. Dessa designkriterier är komplexa och konkurrerar även., Utvecklingen av en mekaniskt styv skiva som är utformad för att klara den komplexa belastningen kommer sannolikt att ha låga permeabilitetsegenskaper och kan göra det svårt att få tillräcklig näringstransport genom hela skivan i den låga näringsskivmiljön. Omvänt kommer en mycket permeabel skiva som kan ge bättre näringstransport att vara mindre styv och kan ha problem med att motstå de mekaniska belastningarna. För närvarande är det okänt vad den korrekta balansen mellan dessa konkurrerande egenskaper kommer att vara i en framgångsrik te-TDR.,

det andra försöket att producera en te-TDR utnyttjas electrospun PLLA och hyaluronsyra seedade med mänskliga MSCs. Denna teknik liknade det tidigare försöket genom att den använde en ojusterad af regional byggnadsställning och en hydrogel NP byggnadsställning., Användningen av electrospun PLLA tillät emellertid fibrerna att vara av liknande diameter som de inhemska kollagenfibrillerna i AF-regionen. Dessutom injicerades hyaluronsyran i electropsun PLLA för att pressa NP-regionen inom ställningen och placera elektrospunfibrerna i spänning som liknar den hos den inhemska AF. Vidare är användningen av humana MSCs signifikant på grund av cellkällans kliniska relevans och börjar undersöka deras effektivitet i en TE-TDR.,

konstruktionerna odlades i 28 dagar in vitro och AF-cellerna organiserades i koncentriska skikt som liknade AF: s koncentriska lameller medan NP förblev amorf i strukturen. ECM proteoglykanavsättning var vanligast i AF-regionen med en mindre uttalad deponering i NP. Kollagentyperna i och II hade också den högsta koncentrationen i AF-regionen med minst närvarande i NP-regionen. Denna dåliga vävnadsutveckling i NP berodde sannolikt på det minskade cellinnehållet i byggnadsställets NP-region efter byggandet., Sammantaget visade electrospun PLLA lovande resultat för Af-regionen och vävnadsutveckling; emellertid utfördes ingen mekanisk testning på vävnaden för att undersöka den mekaniska funktionen hos ett sådant implantat och det kommer att vara nödvändigt att övervinna den dåliga celldensiteten i NP i framtiden.

Till skillnad från de två första te-TDR-konstruktionerna var den kontraherade kollagengel – / alginatkonstruktionen den första som introducerade kollageninriktning i AF-regionen(Figur 4 b)., Tekniken producerade en alginat NP-region som frös med får NP-celler och en typ i-kollagengelregion som frös med får af-celler som omger NP-regionen. Under kulturen kontraherar cellerna kollagenfibrilnätet runt alginat NP. Som ett resultat av den fysiska gränsen för NP, kollagenfibriller inriktade omkrets runt alginat NP. Dessutom var af-cellerna långsträckta och periferiellt inriktade mellan typ i-kollagenfibriller som liknar inhemska af-celler och NP-cellerna tog på sig en rundad morfologi som liknar den inhemska NP., Denna teknik ger en metod för att producera en te-TDR som har en arkitektur och organisation som liknar den hos den inhemska IVD i AF och NP-regionen. Trots den cirkumferentiella inriktningen av kollagenfibrillerna, lyckas tekniken för närvarande inte fånga den ± 28° kollageninriktning som observerats i de successiva af-lamellerna. Dessutom utfördes ingen mekanisk provning eller ECM-kompositionsanalys i denna studie.

den senaste te-TDR kombinerar tidigare strategier för att producera den mest komplexa te-TDR hittills (Figur 4(C))., Tekniken använder elektrospun PCL för att producera inriktade PCL-fibrer vid ±30° vinklar i varje successiv lamell. Återigen görs detta runt en hydrogel NP-region, som i detta fall var agaros. De valda cellerna var bovint MSCs på grund av det kliniska löftet om MSCs. Tanken är att den komplexa PCL-fiberarkitekturen kommer att leda till organiserad kollagenutveckling med samma inriktning av den ursprungliga byggnadsställningen.

efter 6 veckors kultur observerades kollagen och proteoglykanproduktion i både AF-och NP-regionen., Det observerades att både af-celler och kollagenproduktion organiserades i ±30° – riktningen för den underliggande PCL-ställningen. Trots avsättningen av ECM över odlingstiden var värdena för proteoglykaner < 32% av de ursprungliga värdena i både AF och NP och var 5% av de ursprungliga värdena för kollagen i AF. Kollagenvärdena var likartade mellan native och TE-TDR i NP. Som det kan ses, hjälper tekniken att använda inriktade elektrospunfibrer att främja kollagenorganisation som liknar den inhemska AF., Det kommer dock att vara viktigt att undersöka hur man kan främja större ECM-utveckling till inhemska värdenivåer i dessa byggnadsställningar.

utvecklingen av dessa te-TDR-strategier har visat ett första löfte om att främja olika nivåer av ECM-sammansättning och organisation som liknar den ursprungliga IVD. Trots trenden mot att öka af-organisationen och fokus på mekaniska egenskaper hos dessa implantat är det för närvarande okänt vad som behövs för ett framgångsrikt genomförande av en sådan enhet i det inbyggda skivutrymmet., Mindre uppmärksamhet ägnas åt andra designparametrar som permeabiliteten hos dessa ställningar, en egenskap som kan visa sig vara extremt viktig i skivans begränsade näringsmiljö. En bättre förståelse för hur dessa te-TDRs reagerar i den inhemska skivmiljön kommer att vara nödvändig för att känna igen vad den korrekta balansen mellan byggnadsställningar egenskaper är som kommer att främja framgångsrik vävnadsutveckling och korrekt spinalfunktion. Dessa implantat kommer att behöva tåla mekanisk belastning, överleva och utveckla, och integrera med den ursprungliga vävnaden när implanteras.,

det senaste arbetet har börjat ta itu med dessa In situ-frågor med hjälp av den kontrakterade kollagengelén / alginat TE-TDR.92 te-TDRs implanterades i råttans lumbar-och svansskivutrymme och odlades i upp till 6 månader. Dessa studier visade att trots den mycket lägre modulen av kollagen/alginat TE-TDR vid implantationstidpunkten jämfört med den ursprungliga skivan kunde vävnaden bibehålla en majoritet av skivhöjden över 6 månader (78%). Dessutom såg vävnaden omfattande deponering av proteoglykaner och kollagen och hade integrerat med ryggkropparna och ändplattorna., Vidare, när det konstruerade rörelsesegmentet testades mekaniskt, visade det liknande kompressiva egenskaper till den ursprungliga skivan. Dessa resultat var de första som visade att en TE-TDR framgångsrikt kunde bilda en mekaniskt funktionell vävnad när den implanterades i skivutrymmet. Dessa resultat är särskilt spännande på grund av den relativt låga mekaniska styrkan hos te-TDRs vid implantation., Det är möjligt att kollagenets och alginat-te-TDR: s sammankopplade mycket permeabla natur möjliggjorde tillräcklig näringstransport som främjade vävnadsutveckling och integration i skivutrymmet. Det kommer att vara viktigt eftersom detta fält rör sig framåt, för mer arbete som ska göras i det inbyggda skivutrymmet för att förstå hur te-TDR-egenskaperna (modul, permeabilitet, celltyp, ECM-komposition, af-fiberorganisation etc.) påverka in situ vävnadsbildning(se kapitel 6.614, slitage: Total Intervertebral skiva proteser).