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Bioingegneria

Eine neuartige Tenorrhaphy-Nahttechnik mit tissue engineered Collagen Graft zur Reparatur großer Sehnendefekte

Published: December 10, 2021
doi:
10.3791/57696
, ,
1Division of Surgery and Interventional Science,University College London, 2Blond McIndoe Laboratories, Division of Cell Matrix and Regenerative Medicine, MAHSC,University of Manchester, 3Department of Surgical Research, Northwick Park Institute for Medical Research,Northwick Park Hospital

Summary

In diesem Artikel stellen wir ein In-vitro- und In-situ-Protokoll vor, um eine Sehnenlücke von bis zu 1,5 cm zu reparieren, indem sie mit künstlichem Kollagentransplantat gefüllt wird. Dies wurde durch die Entwicklung einer modifizierten Nahttechnik erreicht, um die mechanische Belastung zu tragen, bis das Transplantat in das Wirtsgewebe reift.

Abstract

Die chirurgische Behandlung großer Sehnendefekte mit Sehnentransplantaten ist eine Herausforderung, da es eine begrenzte Anzahl von Stellen gibt, an denen Spender leicht identifiziert und verwendet werden können. Derzeit wird diese Lücke mit Sehnen-Auto-, Allo-, Xeno- oder künstlichen Transplantaten gefüllt, aber klinische Methoden, um sie zu sichern, sind aufgrund des Ausmaßes nicht unbedingt auf Tiere übertragbar. Um neue Biomaterialien zu bewerten oder ein Sehnentransplantat aus Kollagen Typ 1 zu untersuchen, haben wir eine modifizierte Nahttechnik entwickelt, um die konstruierte Sehne in Übereinstimmung mit den Sehnenenden zu halten. Die mechanischen Eigenschaften dieser Transplantate sind der nativen Sehne unterlegen. Um die konstruierte Sehne in klinisch relevante Modelle der belasteten Reparatur zu integrieren, wurde eine Strategie gewählt, um das gewebezüchtige Sehnentransplantat zu entladen und die Reifung und Integration der konstruierten Sehne in vivo zu ermöglichen, bis eine mechanisch gesunde Neosehne gebildet wurde. Wir beschreiben diese Technik unter Einbeziehung des Kollagen-Typ-1-Gewebe-Manipulierten-Sehnenkonstrukts.

Introduction

Sehnenruptur kann aufgrund extrinsischer Faktoren wie traumatischer Platzwunden oder übermäßiger Belastung der Sehne auftreten. Aufgrund der äußeren Zugkräfte, die auf eine Sehnenreparatur ausgeübt werden, bildet sich bei den meisten Sehnenreparaturtechniken unweigerlich ein Spalt. Derzeit werden Sehnendefekte / -lücken mit Auto-, Allo-, Xeno- oder künstlichen Transplantaten gefüllt, aber ihre Verfügbarkeit ist endlich, und die Spenderstelle ist eine Quelle der Morbidität.

Der Tissue-Engineering-Ansatz zur Herstellung von Sehnentransplantaten aus einem natürlichen Polymer wie Kollagen hat den entscheidenden Vorteil, biokompatibel zu sein und kann lebenswichtige extrazelluläre Matrixkomponenten (ECM) liefern, die die Zellintegration erleichtern. Aufgrund mangelnder fibriller Ausrichtung sind die mechanischen Eigenschaften der konstruierten Sehne (ET) jedoch der nativen Sehne unterlegen. Um die mechanischen Eigenschaften des schwächeren Kollagens zu erhöhen, wurden viele Methoden verwendet, wie z.B. physikalische Vernetzung unter Vakuum, UV-Strahlung und dehydrothermale Behandlungen1. Auch durch chemische Vernetzung mit Riboflavin erhöhten enzymatische und nicht-enzymatische Methoden die Kollagendichte und den Young-Modul des Kollagens in vitro2,3. Durch die Zugabe von Vernetzungsmitteln wird jedoch die Biokompatibilität des Kollagens beeinträchtigt, da Studien eine Veränderung der mechanischen Eigenschaften um 33% und einen Verlust der Zelllebensfähigkeit um 40% gezeigt haben3,4,5. Allmählicher Aufbau von Ausrichtung und mechanischer Festigkeit kann durch zyklische Belastung6erreicht werden; dies kann jedoch effizient in vivo7erworben werden.

Damit ET sich in vivo integrieren und Stärke erwerben kann, ohne dass eine chemische Veränderung erforderlich ist, wäre ein Ansatz, eine stabilisierende Nahttechnik zu verwenden, um das schwächere Konstrukt an Ort und Stelle zu halten. Die meisten Sehnenreparaturen beruhen auf dem Nahtdesign, um Sehnenenden zusammenzuhalten; Daher könnte eine Modifikation dieser bestehenden Techniken eine logische Lösungliefern 8,9.

Bis in die 1980er Jahre waren 2-Strang-Reparaturen weit verbreitet, aber neuere chirurgische Literatur beschreibt die Verwendung von 4 Strängen, 6 Strängen oder sogar 8 Strängen in der Reparatur10,11. Im Jahr 1985 beschrieb Savage 6-Litzen-Nahttechniken mit 6 Ankerpunkten, und es war deutlich stärker als die Bunnell-Nahttechnik, die 4 Stränge verwendet 12. Auch 8-Strang-Reparaturen sind 43% stärker als andere Stränge in Leichen- und In-situ-Modellen, aber diese Reparaturen sind nicht weit verbreitet, da es technisch schwierig wird, die Reparaturen genau zu reproduzieren13,14,15,16. Daher bezieht sich eine größere Anzahl von Kernnahtsträngen auf eine proportionale Zunahme der biomechanischen Eigenschaften der reparierten Sehne. Es gibt jedoch einen Verlust der Zelllebensfähigkeit um die Nahtpunkte, und ein Trauma durch übermäßiges Nähen kann zum Nachteil der Sehne sein, was die Sehnenheilung beeinträchtigen kann17. Nahttechniken sollten eine starke geometrische Reparatur bieten, die ausgewogen und relativ unelastisch ist, um Sehnenlücken nach der Reparatur zu minimieren. Darüber hinaus müssen die Lage der Naht und ihrer Knoten strategisch platziert werden, damit sie das Gleiten, die Blutversorgung und die Heilung nicht beeinträchtigen, bis eine ausreichende Kraft erreicht ist10,18.

Um die Machbarkeit zu ermitteln, schwächeres ET-Transplantat oder anderes Transplantatmaterial zwischen gerissenen Sehnen zu sichern, haben wir eine neuartige Nahttechnik entwickelt, die das Transplantat abladen kann, so dass es reifen und sich allmählich in das Wirtsgewebe in vivo integrieren kann.

Protocol

HINWEIS: Das Versuchsdesign und die ethische Genehmigung wurden vom UCL Institutional Review Board (IRB) eingeholt. Alle Experimente wurden gemäß der Verordnung des Innenministeriums und den Richtlinien des Animals (scientific procedure) Act 1986 mit überarbeiteter Gesetzgebung der europäischen Richtlinie 2010/63 / EU (2013) durchgeführt. Kaninchen wurden regelmäßig von einem benannten Tierarzt (NVS) und zweimal täglich von einem benannten Tierpflege- und Tierschutzbeauftragten (NACWO) inspiziert (gemäß den Ric…

Representative Results

Wir haben Kollagentransplantate verwendet, die aus Kollagen vom Typ I hergestellt wurden, da dies das vorherrschende Protein in der Sehne ist. Es macht fast 95% des gesamten Kollagens in der Sehne aus; Daher hat Kollagen alle idealen Eigenschaften für die Nachahmung der Sehne in vivogezeigt 21,22. In dieser Studie wurde das verwendete Kollagen Typ I aus der Rat…

Discussion

In dieser Studie wurden Gewebe-Techn-Kollagentransplantate vom Typ I als Sehnentransplantat ausgewählt, da Kollagen ein natürliches Polymer ist und als Biomaterial für verschiedene Tissue-Engineering-Anwendungen verwendet wird27,28. Außerdem macht Kollagen 60% der Trockenmasse der Sehne aus, von denen 95% Typ 1 Kollagen 21,29,30,31<…

Divulgazioni

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Die Autoren danken UCL für die Finanzierung dieses Projekts.

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
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Sawadkar, P., Wong, J., Mudera, V. A Novel Tenorrhaphy Suture Technique with Tissue Engineered Collagen Graft to Repair Large Tendon Defects. J. Vis. Exp. (178), e57696, doi:10.3791/57696 (2021).
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