エンジニアード前十字靭帯移植片の評価のための無胸腺ラットモデル
Summary
Animal models are important tools for the evaluation of tissue-engineered grafts. This paper presents the protocol for preparing an electrospun biodegradable polymer graft for use in anterior cruciate ligament tissue engineering, as well as a surgical protocol for implantation in a rat model.
Abstract
Anterior cruciate ligament (ACL) rupture is a common ligamentous injury that often requires surgery because the ACL does not heal well without intervention. Current treatment strategies include ligament reconstruction with either autograft or allograft, which each have their associated limitations. Thus, there is interest in designing a tissue-engineered graft for use in ACL reconstruction. We describe the fabrication of an electrospun polymer graft for use in ACL tissue engineering. This polycaprolactone graft is biocompatible, biodegradable, porous, and is comprised of aligned fibers. Because an animal model is necessary to evaluate such a graft, this paper describes an intra-articular athymic rat model of ACL reconstruction that can be used to evaluate engineered grafts, including those seeded with xenogeneic cells. Representative histology and biomechanical testing results at 16 weeks postoperatively are presented, with grafts tested immediately post-implantation and contralateral native ACLs serving as controls. The present study provides a reproducible animal model with which to evaluate tissue engineered ACL grafts, and demonstrates the potential of a regenerative medicine approach to treatment of ACL rupture.
Introduction
前十字靱帯（ACL）の破裂は、膝1の最も一般的な靱帯損傷の一つである。破裂したACLのは、外科的介入なしに治癒することができませんので、日常生活だけでなく、スポーツへの参加の活動には限界が毎年10億ドル3の推定コストで、毎年2手術を受けるために175000以上の患者をドライブ。現在、自家移植または同種移植腱のいずれかが靭帯再建のために使用されている。高い成功率は、自家移植および同種移植の交換の両方を達成することができるものの、深刻な合併症は、これらの再構成オプション4に関連している。自家移植片組織は、特に再破裂またはマルチ靭帯損傷の事例では、ドナー部位の病的状態と関連しており、供給が限られている。一方、同種移植組織は、遅延移植片統合、有害な炎症反応、理論的な感染のリスク、および限られたサップとリンクされているLY 5。合成非分解性移植片は、1970年代と1980年代に開発されたが、時期尚早グラフト破裂、異物反応、骨溶解、及び滑膜炎6によって妨げられた。これらの深刻な懸念の結果として、米国での臨床使用のために利用可能な合成移植片はまだありません。
原因既存の移植オプションと、生物学、工学、再生医療における最近の進展にこれらの制限のために、ACL移植のための組織工学的ソリューションに大きな関心が集まっている。現在の組織工学戦略が永久合成材料注入7に関連する制限を回避しながら宿主組織の内部成長を可能にするために、生物分解性合成材料を用いる。
ポリカプロラクトン（PCL）は、FDAがuのあった8ドレッシング癒着バリア、創傷などの医療用途の数、のために承認された生分解性ポリマーである血管、骨、軟骨、神経、皮膚、食道組織工学5,9-16を含む多種多様な用途でのsed。良好な生体適合性、比較的長い生体内半減期は、十分な機械的強度、高弾性、組織工学におけるこのポリマーの普及に貢献する。創傷治癒のげっ歯類モデルにおいて、移植エレクトロスピンPCLは、非免疫原性であること、および副作用13ずに局所組織に統合することが示された。エレクトロPCLのSEM像を図1に示されている。
現在のFDAの規制基準では、小規模および大規模の両方の動物モデルにおける有効性と安全性は、PCLまたは米国での臨床試験に移行するために、他の設計のACL移植のために必要とされるであろう。さらに、in vivoでの条件は、多くの場合、in vitroでの組織工学のACLグラフトのプロパティを増大させることができます。屈筋digitorと自家ACL再建のラットモデルumの伸筋腱が以前ネイティブACLが切断された、説明したが、大腿骨と脛骨のトンネルを掘削し、移植片は、縫合糸17〜22との代わりに渡され、固定した。本稿では、設計のACL置換の評価のためではなく、自家ベースの復興のために、このモデルの修正（ 図2）を説明します。
多くの動物モデルは、靱帯組織工学のために存在するが、ラットは、多くの理由のために、より大きなモデルに比べて有利である。これらの利点は、より簡単に飼育と取り扱い、より少ない倫理的配慮、そして低コスト17,23が含まれています。また、ラットモデルは、軟骨、腱、および骨組織工学24を含む整形外科組織再生のためのモデルとして広く使用されている。具体的には、無胸腺ヌードラットを最終的な移植oを可能にする、細胞媒介性免疫応答25の欠如に起因して選択したこのモデルにおけるfの異種ドナー細胞は、さらに、将来的に操作された移植片を強化する。このメソッドの論文では、ACL再建の無胸腺ラットモデルにおける製造および無細胞の外科的移植、生分解性ポリマーのグラフトを記述する。
Protocol
Representative Results
Discussion
ACL損傷は現時点での再構築のための限られた選択肢で、整形外科スポーツ手術に共通する条件である。 インビボでの再生を可能にするACLのための適切な組織工学代替を開発するために、適切な動物モデルが必要である。無胸腺ラットにACL再建の再現可能なモデルを使用して、in vivoでの移植のように、本 研究では、生分解性の操作された移植片の製造は、記載されている。…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
著者は、このプロジェクトの初期のイテレーションへの技術的な貢献のためにガブリエルアロムとマイケルYeranosianに感謝したいと思います。このプロジェクトはOREF臨床医科学トレーニンググラント（NL）によって資金を供給された、HHリー外科研究助成（NL）、退役軍人局BLR＆Dメリットレビュー1 I01 BX00012601（DM）と筋骨格移植財団若手研究賞（FP）。
Materials
| Name of Material/ Equipment | Company | Catalog Number | Comments/Description |
| Medical grade ester terminated poly (ε-caprolactone), granule form (MW = 110,000) | Lactel Absorbable Polymers | Custom synthesized polymer to desired molecular weight | |
| 1,1,1,3,3,3-hexafluoro-2-propanol | Sigma-Aldrich | 105228 | Solvent for PCL polymer |
| 18G x 1 1/2"bevel needle | BD Medical | 305196 | |
| Remote Infuse/Withdraw Programmable Syringe Pump | Harvard Apparatus | 702101 | |
| VersaLaser VLS2.30 Laser Engraver | Microgeo USA | VLS2.30 | |
| Expanded Plasma Cleaner 115V | Harrick Plasma | PDC-001 | Plasma etch just prior to collagen coating for surface modification |
| PureCol Collagen Standard Solution, 3 mg/ml | Advanced Biomatrix | 5015-A | Mix 8:1:2.5 solution of PureCol, 10x PBS, 0.1N NaOH 1:9 in 1x PBS |
| Suture, 5-0 Vicryl | Henry Schein | 1086471 | |
| Suture, 4-0 Vicryl | Henry Schein | 6540072 | |
| Sharp-pointed Dissecting Scissors (Straight; 4.5 inch) | Fisher Scientific | 8940 | |
| Buphrenorphine hydrochloride | Sigma-Aldrich | B9275 | Use 0.03 mg/kg for both intra- and post-operatively for pain control |
| Ampicillin, injectable | Henry Schein | 1185678 | Use 25 mg/kg subcutaneously during the procedure |
| K-wire, 1.6 mm | Spectrum Surgical | SI040062 | |
| Keith Needle, Straight 1 1/2" | Delasco Dermatology Lab & Supply | KE-112 | |
| Immunocal Decalcifying Solution | Fisher Scientific | NC9491030 | |
| Opticryl Acrylic Resin Bone Cement (PMMA) (Monomer and polymer) | US Dental Depot | OPTICRYL 100410 | |
| Instron Model 5564 Tensile Testing Machine | Instron | 5564 | Any comparable tensile testing apparatus is suitable |
Referências
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