JoVE Journal > Bioengineering
Summary
Abstract
Introduction
Protocol
Risultati
Discussion
Divulgazioni
Acknowledgements
Materials
Riferimenti
Traduzione automatica
Please note that all translations are automatically generated. Click here for the English version.
Bioingegneria

Büyük Tendon Kusurlarını Onarmak İçin Doku Mühendisliği Kollajen Greftli Yeni Bir Tenorhaphy Dikiş Tekniği

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

Bu yazıda 1,5 cm’ye kadar tendon boşluğunun mühendislik kollajen grefti ile doldurularak onarılması için in vitro ve yerinde protokol sunulmuştur. Bu, greft konak dokuya olgunlaşana kadar mekanik yükü almak için modifiye edilmiş bir dikiş tekniği geliştirilerek gerçekleştirildi.

Abstract

Tendon greftleri ile büyük tendon defektlerinin cerrahi yönetimi zordur, çünkü donörlerin kolayca tanımlanabileceği ve kullanılabileceği sınırlı sayıda bölge vardır. Şu anda, bu boşluk tendon otomatik, allo-, ksino veya yapay greftlerle doludur, ancak bunları güvence altına almak için klinik yöntemler ölçek nedeniyle hayvanlara çevrilemez. Yeni biyomalzemeleri değerlendirmek veya kollajen tip 1’den oluşan bir tendon greftini incelemek için, tasarlanmış tendonun tendon uçlarına hizalanmasına yardımcı olmak için modifiye edilmiş bir dikiş tekniği geliştirdik. Bu greftlerin mekanik özellikleri doğal tendondan daha düşüktür. Mühendislik tendonunu klinik olarak ilgili yüklü onarım modellerine dahil etmek için, doku mühendisliği yapılan tendon greftini boşaltmak ve mekanik olarak sağlam bir neo-tendon oluşana kadar tasarlanmış tendonun olgunlaşmasına ve in vivo entegrasyonuna izin vermek için bir strateji benimsenmiştir. Kollajen tip 1 doku mühendisliği tendon yapısına dahil olarak bu tekniği tarif ediyoruz.

Introduction

Tendon yırtığı travmatik yırtılmalar veya tendonun aşırı yüklenmesi gibi dış etkenlere bağlı olarak ortaya çıkabilir. Tendon onarımına yerleştirilen dış çekme kuvvetleri nedeniyle, kaçınılmaz olarak çoğu tendon onarım tekniği ile bir boşluk oluşur. Şu anda, tendon kusurları / boşlukları otomatik, allo- , ksino veya yapay greftlerle doludur, ancak kullanılabilirlikleri sınırlıdır ve donör bölgesi morbidite kaynağıdır.

Kollajen gibi doğal bir polimerden tendon grefti imal etmek için doku mühendisliği yaklaşımı biyouyumlu olmanın ayırt edici avantajına sahiptir ve hücre entegrasyonunu kolaylaştıran hayati hücre dışı matris (ECM) bileşenleri sağlayabilir. Bununla birlikte, fibriller hizalama eksikliği nedeniyle, mühendislik tendonunun (ET) mekanik özellikleri yerli tendondan daha düşüktür. Zayıf kollajenin mekanik özelliklerini artırmak için, vakum altında fiziksel çapraz bağlama, UV radyasyonu ve dehidroterapi tedavileri gibi birçok yöntem kullanılmıştır1. Ayrıca, riboflavin ile kimyasal çapraz bağlantı yoluyla, enzymatic ve enzymatic olmayan yöntemler kollajen yoğunluğunu ve Young’ın kollajen in vitromodülü 2,3. Bununla birlikte, çapraz bağlama ajanları eklenerek, çalışmalar mekanik özelliklerde% 33’lük bir değişiklik ve% 40 hücre canlılığı kaybı gösterdiğinden kollajenin biyouyumluluğu tehlikeye girer3,4,5. Döngüsel yükleme ile hizalama ve mekanik mukavemetin kademeli olarak birikmesi elde edilebilir6; ancak, bu verimli bir şekilde edinilebilir in vivo7.

ET’nin in vivo entegre olması ve kimyasal değişikliğe gerek kalmadan güç kazanması için bir yaklaşım, zayıf yapıyı yerinde tutmak için stabilize edici bir dikiş tekniği kullanmak olacaktır. Tendon onarımlarının çoğu tendon uçlarını bir arada tutmak için dikiş tasarımına güvenir; bu nedenle, bu mevcut tekniklerin değiştirilmesi mantıksal bir çözüm sağlayabilir8,9.

1980’lere kadar, 2 iplikli onarım yaygın olarak kullanıldı, ancak son cerrahi literatür onarım10 , 11’de4 iplikçik, 6 iplikçik ve hatta8iplikçik kullanımını açıklar. 1985’te Savage, 6 bağlantı noktası ile 6 iplikçik dikişi tekniklerini tanımladı ve 4 iplikçik 12kullanan Bunnell dikiş tekniğinden önemli ölçüde daha güçlüydü. Ayrıca, 8 iplikli onarımlar kadavra ve yerinde modellerdeki diğer iplikçiklerden% 43 daha güçlüdür, ancak onarımları doğru bir şekilde çoğaltmak teknik olarak zorlaştığından bu onarımlar yaygın olarak uygulanmıyor13,14,15,16. Bu nedenle, daha fazla sayıda çekirdek dikiş teli, onarılmış tendonun biyomekanik özelliklerinde orantılı bir artışla ilgilidir. Bununla birlikte, dikiş noktalarının etrafında hücre canlılığı kaybı vardır ve aşırı dikişten kaynaklanan travma tendonun zararlarına olabilir, bu da tendon iyileşmesini tehlikeye atabilir17. Dikiş teknikleri, onarımdan sonra tendon gapping’ini en aza indirmek için dengeli ve nispeten inelastik güçlü bir geometrik onarım sağlamalıdır. Ek olarak, yeterli mukavemet tahakkuk edene kadar kayma, kan temini ve iyileşmeye müdahale etmemeleri için dikişin ve düğümlerinin yeri stratejik olarak yerleştirilmelidir10,18.

Yırtılmış tendon arasında daha zayıf ET grefti veya diğer greft malzemesini güvence altına almak için, grefti boşaltabilen yeni bir dikiş tekniği geliştirdik, böylece olgunlaşabilir ve yavaş yavaş konak doku in vivo’ya entegre olabilir.

Protocol

NOT: Deney tasarımı ve etik onayı UCL Kurumsal İnceleme Kurulu’ndan (IRB) alınmıştır. Tüm deneyler, İçişleri Bakanlığı’nın düzenlemesi ve 1986 tarihli Hayvanlar (bilimsel prosedür) Yasası’nın 2010/63/AB (2013) sayılı Avrupa Direktifi’nin revize edilmiş mevzuatı ile gerçekleştirilmiştir. Tavşanlar, adı geçen bir veteriner hekim (NVS) tarafından periyodik olarak ve günde iki kez adlandırılmış bir hayvan bakım ve yardım görevlisi (NACWO) (İçişleri Bakanlığı’nın yönergeleri ve y…

Representative Results

Tendonda bulunan baskın protein olduğu için tip I kollajenden üretilen kollajen greftleri kullandık. Tendondaki toplam kollajenin neredeyse% 95’ini oluşturur; bu nedenle, kollajen in vivo21 , 22 tendontaklit etmek için tüm ideal özelliklerisergilemiştir. Bu çalışmada, kullanılan I tipi kollajen sıçan kuyruk tendonundan çıkarılmış ve asetik a…

Discussion

Bu çalışmada kollajen doğal bir polimer olduğu ve çeşitli doku mühendisliği uygulamaları için biyomalzeme olarak kullanıldığı için tendon grefti olarak doku mühendisliği tip I kollajen greftleri seçilmiştir27,28. Ayrıca, kollajen kuru tendon kütlesinin% 60’ını oluşturur, bunun% 95’i tip 1 kollajen 21,29,30,31,<sup…

Divulgazioni

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Yazarlar bu projeyi finanse etmek için UCL’yi kabul etmek istiyor.

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
DOWNLOAD MATERIALS LIST

Riferimenti

  1. 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).
  2. Tanzer, M. L. Cross-Linking of Collagen. Science. 180, 561-566 (1973).
  3. Reiser, K., McCormick, R. J., Rucker, R. B. Enzymatic and nonenzymatic cross-linking of collagen and elastin. FASEB Journal. 6, 2439-2449 (1992).
  4. Kanungo, B. P., Gibson, L. J. Density-property relationships in collagen-glycosaminoglycan scaffolds. Acta Biomaterialia. 6, 344-353 (2010).
  5. 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).
  6. 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).
  7. 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).
  8. Ketchum, L. D. Suture materials and suture techniques used in tendon repair. Hand Clinics. 1, 43-53 (1985).
  9. 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).
  10. Strickland, J. W. Development of flexor tendon surgery: Twenty-five years of progress. The Journal of Hand Surgery. 25, 214-235 (2000).
  11. 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).
  12. Savage, R. In vitro studies of a new method of flexor tendon repair. Journal of Hand Surgery. 10, 135-141 (1985).
  13. 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).
  14. 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).
  15. 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).
  16. 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).
  17. 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).
  18. Strickland, J. W. Flexor Tendon Injuries: II. Operative Technique. The Journal of the American Academy of Orthopaedic Surgeons. 3, 55-62 (1995).
  19. 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).
  20. Sawadkar, P., Alexander, S., Mudera, V. Tissue-engineered collagen grafts to treat large tendon defects. Regenerative Medicine. 9, 249-251 (2014).
  21. Evans, J. H., Barbenel, J. C. Structural and mechanical properties of tendon related to function. Equine veterinary journal. 7, 1-8 (1975).
  22. 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).
  23. 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).
  24. Kim, H. M., et al. Technical and biological modifications for enhanced flexor tendon repair. The Journal of Hand Surgery. 35, 1031-1038 (2010).
  25. 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).
  26. 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).
  27. 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).
  28. 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).
  29. 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).
  30. 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).
  31. 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).
  32. 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).
  33. 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).
  34. 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).
  35. 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).
  36. 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).
  37. 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).
  38. 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).
  39. Trail, I. A., Powell, E. S., Noble, J. The mechanical strength of various suture techniques. Journal of Hand Surgery. 17, 89-91 (1992).
  40. Wong, J. K., Peck, F. Improving results of flexor tendon repair and rehabilitation. Plastic and Reconstructive Surgery. 134, 913-925 (2014).
  41. Amis, A. A. Absorbable sutures in tendon repair. Journal of Hand Surgery. 21, 286 (1996).
  42. 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).
  43. 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).
  44. 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).
  45. 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).
  46. 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).
  47. 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).
  48. 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).
  49. 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).
  50. Strickland, J. W. Flexor Tendon Injuries: I. Foundations of Treatment. The Journal of the American Academy of Orthopaedic Surgeons. 3, 44-54 (1995).
  51. 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).
  52. 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).
  53. 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).
  54. 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).
  55. 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).
  56. 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).
  57. Pennington, D. G. Atraumatic retrieval of the proximal end of a severed digital flexor tendon. Plastic and Reconstructive Surgery. 60, 468-469 (1977).
  58. 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).
  59. 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).

Tags

Tenorrhaphy Suture TechniqueTendon ReconstructionTendon GapSurgical RepairCollagen HydrogelCompression Assembly
check_url/it/57696?article_type=t

Play Video
PDF
DOI
DOWNLOAD MATERIALS LIST
Citazione di questo articolo
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).
Scarica citazione
Ristampe e autorizzazioni

View Video

✖

To prove you're not a robot, please enter the text in the image below

CAPTCHA Image
Play CAPTCHA Audio
Refresh Image