טכניקת תפירת טנורהאפי חדשנית עם שתל קולגן מהונדס רקמה לתיקון פגמים גדולים בגיד
Summary
במאמר זה, אנו מציגים במבחנה ובפרוטוקול במקום כדי לתקן פער גידים של עד 1.5 ס”מ על ידי מילויו בשתל קולגן מהונדס. זה בוצע על ידי פיתוח טכניקת תיל שונה לקחת את העומס המכני עד השתל מתבגר לתוך הרקמה המארחת.
Abstract
ניהול כירורגי של פגמים גדולים בגיד עם שתלי גידים הוא מאתגר, שכן ישנם מספר סופי של אתרים שבהם ניתן לזהות ולהשתמש בתורמים בקלות. נכון לעכשיו, פער זה מלא גיד אוטומטי, אלו-, קסנו-, או שתלים מלאכותיים, אבל שיטות קליניות כדי לאבטח אותם אינם בהכרח לתרגם לבעלי חיים בגלל קנה המידה. על מנת להעריך ביו-חומרים חדשים או לחקור שתל גיד המורכב מסוג קולגן מסוג 1, פיתחנו טכניקת תפר שונה כדי לעזור לשמור על הגיד המהונדס בהתאם לקצוות הגיד. תכונות מכניות של שתלים אלה נחותים מן הגיד המקומי. כדי לשלב גיד מהונדס במודלים רלוונטיים קלינית של תיקון טעון, אומצה אסטרטגיה לפרוק את שתל הגידים המהונדס רקמה ולאפשר התבגרות ואינטגרציה של הגיד המהונדס ב vivo עד שנוצר ניאו-גיד קול מכני. אנו מתארים טכניקה זו באמצעות שילוב של מבנה הגידים המהונדס של רקמות קולגן מסוג 1.
Introduction
קרע בגיד עלול להתרחש עקב גורמים קיצוניים כגון חתכים טראומטיים או טעינה מוגזמת של הגיד. בשל כוחות המתיחה החיצוניים שהונחו על תיקון גיד, פער נוצר באופן בלתי נמנע עם רוב טכניקות תיקון הגידים. נכון לעכשיו, פגמים/פערים בגידים מלאים בשתלים אוטומטיים, אלו, קסנו או מלאכותיים, אך זמינותם היא סופית, ואתר התורם הוא מקור לתחלואה.
הגישה שתוכננה על ידי הרקמות לפברק שתל גיד מפולימר טבעי כגון קולגן היא בעלת היתרון הייחודי של היותה תואמת ביולוגית ויכולה לספק רכיבי מטריצה חוץ-תאית חיוניים (ECM) המאפשרים שילוב תאים. עם זאת, בשל חוסר יישור פיברילר, המאפיינים המכניים של הגיד המהונדס (ET) נחותים מהגיד המקומי. כדי להגדיל את התכונות המכניות של הקולגן החלש, נעשה שימוש בשיטות רבות, כגון הצלבה פיזית תחת ואקום, קרינת UV וטיפולים דהידרותרמיים1. כמו כן, באמצעות הצלבה כימית עם ריבופלבין, שיטות אנזימטיות ולא אנזימטיות הגדילו את צפיפות הקולגן ואת המודולוס של יאנג של הקולגן במבחנה2,3. עם זאת, על ידי הוספת סוכנים קישור צולב, תאימות ביולוגית של הקולגן נפגעת, כמו מחקרים הראו שינוי 33% במאפיינים מכניים ו 40% אובדן הכדאיות התא3,4,5. צבירה הדרגתית של יישור וכוח מכני ניתן להשיג באמצעות טעינה מחזורית6; עם זאת, ניתן לרכוש זאת ביעילות in vivo7.
עבור ET להשתלב ב vivo ולרכוש כוח ללא צורך בשינוי כימי, גישה אחת תהיה להשתמש בטכניקת תפר מייצבת כדי להחזיק את המבנה החלש במקום. רוב תיקוני הגידים מסתמכים על עיצוב התבר כדי להחזיק קצוות גידים יחד; מכאן שינוי של טכניקות קיימות אלה יכול לספק פתרון לוגי8,9.
עד שנות השמונים, תיקונים 2 גדילים היו בשימוש נרחב, אבל ספרות כירורגית האחרונה מתארת את השימוש של 4 גדילים, 6 גדילים או אפילו 8 גדילים בתיקון10,11. בשנת 1985, Savage תיאר טכניקות תפר 6 גדילים עם 6 נקודות עיגון, וזה היה חזק משמעותית מאשר טכניקת התפר בונל המשתמש 4 גדילים 12. כמו כן, תיקוני 8 גדילים חזקים ב -43% מאשר גדילים אחרים בגופה ובדגמי situ, אך תיקונים אלה אינם מתורגלים באופן נרחב מכיוון שקשה מבחינה טכנית לשחזר את התיקונים במדויק13,14,15,16. לכן, מספר גדול יותר של גדילי תפירת ליבה מתייחס לעלייה פרופורציונלית בתכונות הביומכניות של הגיד המתוקן. עם זאת, יש אובדן של כדאיות התא סביב נקודות התפירה, וטראומה מתפירה מוגזמת יכולה להיות לרעת הגיד, אשר יכול לסכןריפוי גיד 17. טכניקות תזרים צריכות לספק תיקון גיאומטרי חזק כי הוא מאוזן יחסית inelastic כדי למזער את הגידים gapping לאחר התיקון. בנוסף, המיקום של התפר ואת הקשרים שלה צריך להיות ממוקם אסטרטגית על מנת שהם לא להפריע גלישה, אספקת דם וריפוי עד צבירה של כוח נאות הושג10,18.
כדי לבסס היתכנות לאבטחת שתל ET חלש יותר או חומר שתל אחר בין גיד קרוע, פיתחנו טכניקת תפר חדשנית שיכולה לפרוק את השתל כך שהוא יכול להבשיל ולהשתלב בהדרגה ברקמה המארחת ב vivo.
Protocol
Representative Results
Discussion
במחקר זה, שתלים קולגן מסוג I נבחרו שתל גיד כי קולגן הוא פולימר טבעי ומשמש biomaterial עבור יישומים שונים הנדסתרקמות 27,28. כמו כן, קולגן מהווה 60% מהמסה היבשה של הגיד, מתוכם 95% קולגן מסוג 1 21,29,30,31</s…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
המחברים רוצים להכיר UCL למימון הפרויקט הזה.
Materials
| Rat tail type 1 Collagen | First Link, Birmingham, UK | 60-30-810 | |
| prolene sutures 6-0 | Ethicon Ltd, Edinburgh, U.K. | EP8726H | |
| prolene sutures 3-0 | Ethicon Ltd, Edinburgh, U.K. | D8911 | |
| Whatman filter paper | SIGMA-ALDRICH | WHA10010155 | |
| Gibco DMEM, high glucose | Thermo Fisher Scientific | 11574486 | |
| Nylon mesh | Plastok (Meshes and Filtration) Ltd. | NA |
References
- Wollensak, G., Spoerl, E., Seiler, T. Riboflavin/ultraviolet-a-induced collagen crosslinking for the treatment of keratoconus. American Journal of Ophthalmology. 135, 620-627 (2003).
- Tanzer, M. L. Cross-Linking of Collagen. Science. 180, 561-566 (1973).
- Reiser, K., McCormick, R. J., Rucker, R. B. Enzymatic and nonenzymatic cross-linking of collagen and elastin. FASEB Journal. 6, 2439-2449 (1992).
- Kanungo, B. P., Gibson, L. J. Density-property relationships in collagen-glycosaminoglycan scaffolds. Acta Biomaterialia. 6, 344-353 (2010).
- Weadock, K. S., Miller, E. J., Bellincampi, L. D., Zawadsky, J. P., Dunn, M. G. Physical crosslinking of collagen fibers: comparison of ultraviolet irradiation and dehydrothermal treatment. Journal of Biomedical Materials Research. 29, 1373-1379 (1995).
- Kalson, N. S., et al. Slow Stretching That Mimics Embryonic Growth Rate Stimulates Structural and Mechanical Development of Tendon-Like Tissue In Vitro. Developmental Dynamics. 240, 2520-2528 (2011).
- Torigoe, K., et al. Mechanisms of collagen fibril alignment in tendon injury: from tendon regeneration to artificial tendon. Journal of Orthopaedic Research. 29, 1944-1950 (2011).
- Ketchum, L. D. Suture materials and suture techniques used in tendon repair. Hand Clinics. 1, 43-53 (1985).
- Lawrence, T. M., Davis, T. R. A biomechanical analysis of suture materials and their influence on a four-strand flexor tendon repair. The Journal of Hand Surgery. 30, 836-841 (2005).
- Strickland, J. W. Development of flexor tendon surgery: Twenty-five years of progress. The Journal of Hand Surgery. 25, 214-235 (2000).
- Moriya, K., et al. Clinical outcomes of early active mobilization following flexor tendon repair using the six-strand technique: short- and long-term evaluations. The Journal of Hand Surgery, European volume. , (2014).
- Savage, R. In vitro studies of a new method of flexor tendon repair. Journal of Hand Surgery. 10, 135-141 (1985).
- Uslu, M., et al. Flexor tendons repair: effect of core sutures caliber with increased number of suture strands and peripheral sutures. A sheep model. Orthopaedics & Traumatology: Surgery & Research : OTSR. 100, 611-616 (2014).
- Osei, D. A., et al. The Effect of Suture Caliber and Number of Core Suture Strands on Zone II Flexor Tendon Repair: A Study in Human Cadavers. Journal of Hand Surgery. 39, 262-268 (2013).
- Dovan, T. T., Ditsios, K. T., Boyer, M. I. Eight-strand core suture technique for repair of intrasynovial flexor tendon lacerations. Techniques in Hand & Upper Extremity Surgery. 7, 70-74 (2003).
- Silva, M. J., et al. The effects of multiple-strand suture techniques on the tensile properties of repair of the flexor digitorum profundus tendon to bone. The Journal of Bone and Joint surgery. 80, 1507-1514 (1998).
- Wong, J. K., Alyouha, S., Kadler, K. E., Ferguson, M. W., McGrouther, D. A. The cell biology of suturing tendons. Matrix Biology. 29, 525-536 (2010).
- Strickland, J. W. Flexor Tendon Injuries: II. Operative Technique. The Journal of the American Academy of Orthopaedic Surgeons. 3, 55-62 (1995).
- Brown, R. A., Wiseman, M., Chuo, C. B., Cheema, U., Nazhat, S. N. Ultrarapid Engineering of Biomimetic Materials and Tissues: Fabrication of Nano- and Microstructures by Plastic Compression. Advanced Functional Materials. 15, 1762-1770 (2005).
- Sawadkar, P., Alexander, S., Mudera, V. Tissue-engineered collagen grafts to treat large tendon defects. Regenerative Medicine. 9, 249-251 (2014).
- Evans, J. H., Barbenel, J. C. Structural and mechanical properties of tendon related to function. Equine veterinary journal. 7, 1-8 (1975).
- Riley, G. P., et al. Glycosaminoglycans of human rotator cuff tendons: changes with age and in chronic rotator cuff tendinitis. Annals of the Rheumatic Diseases. 53, 367-376 (1994).
- Bell, E., Ivarsson, B., Merrill, C. Production of a tissue-like structure by contraction of collagen lattices by human fibroblasts of different proliferative potential in vitro. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 76, 1274-1278 (1979).
- Kim, H. M., et al. Technical and biological modifications for enhanced flexor tendon repair. The Journal of Hand Surgery. 35, 1031-1038 (2010).
- Kim, J. B., de Wit, T., Hovius, S. E., McGrouther, D. A., Walbeehm, E. T. What is the significance of tendon suture purchase. The Journal of Hand Surgery, European Volume. 34, 497-502 (2009).
- Sawadkar, P., et al. Development of a surgically optimized graft insertion suture technique to accommodate a tissue-engineered tendon in vivo. BioResearch Open Access. 2, 327-335 (2013).
- Hadjipanayi, E., et al. Mechanisms of structure generation during plastic compression of nanofibrillar collagen hydrogel scaffolds: towards engineering of collagen. Journal of Tissue Engineering and Regenerative Medicine. 5, 505-519 (2011).
- Micol, L. A., et al. High-density collagen gel tubes as a matrix for primary human bladder smooth muscle cells. Biomaterials. 32, 1543-1548 (2011).
- Lian Cen, L., Liu, W., Cui, L., Zhang, W., Cao, Y. Collagen Tissue Engineering: Development of Novel Biomaterials and applications. Pediatric Research. 63, 492-496 (2008).
- Harris, M. T., et al. Mesenchymal stem cells used for rabbit tendon repair can form ectopic bone and express alkaline phosphatase activity in constructs. Journal of Orthopaedic Research. 22, 998-1003 (2004).
- Butler, D. L., et al. The use of mesenchymal stem cells in collagen-based scaffolds for tissue-engineered repair of tendons. Nature Protocols. 5, 849-863 (2010).
- Cen, L., Liu, W., Cui, L., Zhang, W., Cao, Y. Collagen Tissue Engineering: Development of Novel Biomaterials and Applications. Pediatric Research. 63, 492-496 (2008).
- Yamaguchi, H., Suenaga, N., Oizumi, N., Hosokawa, Y., Kanaya, F. Will Preoperative Atrophy and Fatty Degeneration of the Shoulder Muscles Improve after Rotator Cuff Repair in Patients with Massive Rotator Cuff Tears. Advances in Orthopedics. 2012, 195876 (2012).
- Silver, F. H., Freeman, J. W., Seehra, G. P. Collagen self-assembly and the development of tendon mechanical properties. Journal of Biomechanics. 36, 1529-1553 (2003).
- Schneppendahl, J., et al. Initial stability of two different adhesives compared to suture repair for acute Achilles tendon rupture–a biomechanical evaluation. International Orthopaedics. 36, 627-632 (2012).
- Herbort, M., et al. Biomechanical comparison of the primary stability of suturing Achilles tendon rupture: a cadaver study of Bunnell and Kessler techniques under cyclic loading conditions. Archives of Orthopaedic and Trauma Surgery. 128, 1273-1277 (2008).
- Piskin, A., et al. Tendon repair with the strengthened modified Kessler, modified Kessler, and Savage suture techniques: a biomechanical comparison. Acta Orthopaedica et Traumatologica Turcica. 41, 238-243 (2007).
- de Wit, T., Walbeehm, E. T., Hovius, S. E., McGrouther, D. A. The mechanical interaction between three geometric types of nylon core suture and a running epitenon suture in repair of porcine flexor tendons. The Journal of Hand Surgery, European Volume. 38, 788-794 (2013).
- Trail, I. A., Powell, E. S., Noble, J. The mechanical strength of various suture techniques. Journal of Hand Surgery. 17, 89-91 (1992).
- Wong, J. K., Peck, F. Improving results of flexor tendon repair and rehabilitation. Plastic and Reconstructive Surgery. 134, 913-925 (2014).
- Amis, A. A. Absorbable sutures in tendon repair. Journal of Hand Surgery. 21, 286 (1996).
- Faggioni, R., de Courten, C. Short and long-term advantages and disadvantages of prolene monofilament sutures in penetrating keratoplasty. Klinische Monatsblatter fur Augenheilkunde. 200, 395-397 (1992).
- Wong, J. K., Cerovac, S., Ferguson, M. W., McGrouther, D. A. The cellular effect of a single interrupted suture on tendon. Journal of Hand Surgery. 31, 358-367 (2006).
- Savage, R., Risitano, G. Flexor tendon repair using a “six strand” method of repair and early active mobilisation. Journal of Hand Surgery. 14, 396-399 (1989).
- Okubo, H., Kusano, N., Kinjo, M., Kanaya, F. Influence of different length of core suture purchase among suture row on the strength of 6-strand tendon repairs. Hand Surgery. 20, 19-24 (2015).
- Noguchi, M., Seiler, J. G., Gelberman, R. H., Sofranko, R. A., Woo, S. L. In vitro biomechanical analysis of suture methods for flexor tendon repair. Journal of Orthopaedic Research. 11, 603-611 (1993).
- Aoki, M., Pruitt, D. L., Kubota, H., Manske, P. R. Effect of suture knots on tensile strength of repaired canine flexor tendons. Journal of Hand Surgery. 20, 72-75 (1995).
- Pruitt, D. L., Aoki, M., Manske, P. R. Effect of suture knot location on tensile strength after flexor tendon repair. The Journal of Hand Surgery. 21, 969-973 (1996).
- Khor, W. S., et al. Improving Outcomes in Tendon Repair: A Critical Look at the Evidence for Flexor Tendon Repair and Rehabilitation. Plastic and Reconstructive Surgery. 138, 1045-1058 (2016).
- Strickland, J. W. Flexor Tendon Injuries: I. Foundations of Treatment. The Journal of the American Academy of Orthopaedic Surgeons. 3, 44-54 (1995).
- Mashadi, Z. B., Amis, A. A. Strength of the suture in the epitenon and within the tendon fibres: development of stronger peripheral suture technique. Journal of Hand Surgery. 17, 172-175 (1992).
- Wade, P. J., Muir, I. F., Hutcheon, L. L. Primary flexor tendon repair: the mechanical limitations of the modified Kessler technique. Journal of Hand Surgery. 11, 71-76 (1986).
- Wade, P. J., Wetherell, R. G., Amis, A. A. Flexor tendon repair: significant gain in strength from the Halsted peripheral suture technique. Journal of Hand Surgery. 14, 232-235 (1989).
- Silfverskiold, K. L., May, E. J. Gap formation after flexor tendon repair in zone II. Results with a new controlled motion programme. Scandinavian Journal of Plastic and Reconstructive Surgery and Hand Surgery / Nordisk Plastikkirurgisk forening [and] Nordisk Klubb for Handkirurgi. 27, 263-268 (1993).
- Silfverskiold, K. L., May, E. J., Tornvall, A. H. Gap formation during controlled motion after flexor tendon repair in zone II: a prospective clinical study. The Journal of Hand Surgery. 17, 539-546 (1992).
- Silfverskiold, K. L., May, E. J. Flexor tendon repair in zone II with a new suture technique and an early mobilization program combining passive and active flexion. The Journal of Hand Surgery. 19, 53-60 (1994).
- Pennington, D. G. Atraumatic retrieval of the proximal end of a severed digital flexor tendon. Plastic and Reconstructive Surgery. 60, 468-469 (1977).
- Lin, G. T., An, K. N., Amadio, P. C., Cooney, W. P. Biomechanical studies of running suture for flexor tendon repair in dogs. The Journal of Hand Surgery. 13, 553-558 (1988).
- Papandrea, R., Seitz, W. H., Shapiro, P., Borden, B. Biomechanical and clinical evaluation of the epitenon-first technique of flexor tendon repair. The Journal of Hand Surgery. 20, 261-266 (1995).
