Summary

En anestesi, kirurgi och skördmetod för utvärdering av transpedikulära skruvar med användning av en<em> In vivo</em> Porcin Lumbar Spine Model

Published: May 31, 2017
doi:

Summary

Här introducerar vi en metod för att utvärdera transpedikulära skruvar med hjälp av en in vivo porcine ländryggen modell.

Abstract

Pedicle skruvfixering är guldstandarden för behandling av ryggradssjukdomar. Många studier har emellertid rapporterat frågan om lossande pedikelskruvar efter ryggraden, vilket är ett allvarligt problem. För att lösa detta problem har olika typer av pedikelskruvar undersökts för att identifiera de med bra fixeringsstyrka och osseointegration i ryggradsbenet. Den svarta ryggraden är ett bra alternativ för mänsklig ryggrad vid utvärderingen av pedikelskruvar på grund av den anatomiska storleken, mekaniska egenskaper och kostnad. Även om flera studier har rapporterat att pedikelskruvar är effektiva i svinmodellen har ingen studie beskrivit detaljerade protokoll för utvärdering av en pedicleskruv med hjälp av svinmodellen. Här beskriver vi en detaljerad metod för utvärdering av transpedikulära skruvar med användning av en in vivo porcine lumbar ryggradsmodell. De tekniska detaljerna för anestesi, ryggradskirurgi och skörd som tillhandahålls här kommer att underlätta med utvärderingen av tRanspedikulär skruvfixeringsmodell.

Introduction

Transpedicular screw fixation is a gold-standard treatment for degenerative lumbar spine and bursting fracture because it involves three columns of the spine and achieves stabilization1,2. However, most patients who undergo such surgery also have osteoporosis3,4. Many studies have evaluated the fixation strength and the osseointegration status of transpedicular screws, because the loosening of pedicle screws currently in use has been reported in patients with osteoporosis5,6.

The porcine spine is similar to the human spine in terms of size. It is less expensive compared to a primate model7. Furthermore, an in vivo mechanical study has demonstrated that the quadruped porcine spine is essentially loaded in the same way as that of the human spine8, which is why many researchers use porcine spines for studies on the prevention of pedicle screw loosening. However, it takes several months to study pedicle screws in the porcine spine because identifying the long-term stability of pedicle screws takes times. In order to compare different types of screws in the vertebral body, it is necessary to insert the screws in similar positions. Therefore, researchers should be well-acquainted with proper anesthesia techniques, standardized surgical protocols, and harvest procedures before performing any experiments. Here, we describe a detailed method for anesthesia, surgery, and harvest for the evaluation of pedicle screw fixation using a porcine spine model, including ex vivo imaging, histology, and strength testing.

Protocol

Institutionen för djurvård och användning av Chonbuk National University godkände denna studie. Behandling, användning och hantering av djur följde alla riktlinjer och policyer. Underhåll driftstugan vid 24 ° C. 1. Narkos Acclimatize miniatyrgrisar, i åldern 12 månader, i experimentenheten i minst en vecka. Utför en klinisk undersökning som mäter andningsfrekvensen, hjärtfrekvensen och kroppstemperaturen. Foder inte varje miniatyrgris under 12 timmar före bedövning…

Representative Results

Ett detaljerat protokoll för anestesi, kirurgi och skörd för utvärdering av transpedikulära skruvar med användning av en in vivo porcine ländryggenmodell beskrivs här. Detta protokoll är lämpligt för ett antal nedströmsanalyser, inklusive mekanisk provning ( Figur 1 ), kvantitativ mikro-CT-utvärdering ( Figur 2 ) och histologi ( Figur 3 ). Representativ mekanisk provning ( Figur 1 ) visar medelvärd…

Discussion

Utvärderingen av transpedikulära skruvar i den svarta ryggraden kräver mycket tid och ansträngning. För det första är miniatyren ett stort djur. För djurvård och anestesi behöver forskaren ett specialprotokoll. För det andra bör operationen bibehålla en miljö som liknar den för human kirurgi. Syftet med att utvärdera pedikelskruvarna i svinsryggen är att utveckla en effektiv skruv som kan appliceras på människor. För det tredje kräver utvärdering av långsiktig stabilitet hos transpedikulära skruv…

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Denna studie stöddes av ett bidrag (CNUH-BRI-2012-02-005) finansierat av Biomedicinska forskningsinstitutet Chonbuk National University Hospital (CNUH-BRI), Republiken Korea.

Materials

Miniature pig OrientBio
Atropine Jeil pharmaceutical A04900241 Anesthesia
Over-the needle plastic catheter BD REF382412 Maintenance of IV line
Ketamine Yuhan A04502441 Anesthesia
Xylazine Bayer Korea A00800071 Anesthesia
Laryngoscope Karl storz Intubation
Endotracheal tube Covidien Intubation
Isoflurane JW pharmaceutical Co A02104781 Anesthesia
Eye ointment Hanlim pharma A37851721 Protection of pig's eye
Cefazolin Donga pharma A01503951 Antibiotics
Saline JW pharmaceutical Co A02151392 Maintenance of fluid homeostasis
Fentanyl Hana pharm C03200032 Pain control
Enrofloxacin Bayer 93106-60-6  Antibiotics
Morphine Myungmoon pharma C03700091 Pain control
Meloxicam Boehringer Ingelheim A07600711 Antibiotics
Povidone-iodine Hyundai pharma Wound dressing
Scalpel blade size 15 Braun  I1 BB515 Skin incision
Cobb elevator Codman 65-2546 Dissection of muscle
Burr Medtronic Making of starting point of screw
Rongeur Aesculap FO515R Making of starting point of screw
Guide pin (K-wire) CE 01067803 Guidance of screw trajectory
C-arm GE OEC 9800 plus Guidance of screw trajectory
Portable X-ray Siemens Mobile XP hybrid Guidance of screw trajectory
Pedicle probe OtisBiotech SPI-02-01 Guidance of screw trajectory
Pedicle sounding device OtisBiotech SPI-03-01 Guidance of screw trajectory
Pedicle screw OtisBiotech MS-40025
Posterior fixator systems OtisBiotech
Rod  OtisBiotech ROD-60140 Rigid fixation between screws
Universal handle OtisBiotech SPI-08-01 To fix the screws to the rod
Straight socket wrench OtisBiotech SPI-06-01 To fix the screws to the rod
counter torque wrench OtisBiotech SPI-07-01 To fix the screws to the rod
Bulb irrigation syringe Hyupsug medical HS-IR-140 Irrigation
Silicone drain Sewon medical 2205-006 To drain the fluid at the surgical site
3.0 metric absorbable suture Ethicon BA1673H Muscle suture
2.0 metric nonabsorbable nylon suture Ethicon W1626T Skin suture
Gauze Kingphar Korea KP120-06
Pentobarbital Hanlim pharma 645301221 Euthanasia
Oscillating saw Zimmer Harvest spine
Tower forceps Aesculap BF461R Harvest spine

References

  1. Greenfield, R. T., Grant, R. E., Bryant, D. Pedicle screw fixation in the management of unstable thoracolumbar spine injuries. Orthop Rev. 21 (6), 701-706 (1992).
  2. Upasani, V. V., et al. Pedicle screw surface coatings improve fixation in nonfusion spinal constructs. Spine. 34 (4), 335-343 (2009).
  3. Halvorson, T. L., Kelley, L. A., Thomas, K. A., Whitecloud, T. S., Cook, S. D. Effects of bone mineral density on pedicle screw fixation. Spine. 19 (21), 2415-2420 (1994).
  4. Weinstein, J. N., Spratt, K. F., Spengler, D., Brick, C., Reid, S. Spinal pedicle fixation: reliability and validity of roentgenogram-based assessment and surgical factors on successful screw placement. Spine. 13 (9), 1012-1018 (1988).
  5. Fini, M., et al. Biological assessment of the bone-screw interface after insertion of uncoated and hydroxyapatite-coated pedicular screws in the osteopenic sheep. J Biomed Mater Res A. 66 (1), 176-183 (2003).
  6. Kim, D. Y., et al. Evaluation of Titanium-Coated Pedicle Screws: In Vivo Porcine Lumbar Spine Model. World Neurosurg. 91, 163-171 (2016).
  7. Upasani, V. V., et al. Pedicle screw surface coatings improve fixation in nonfusion spinal constructs. Spine. 34 (4), 335-343 (2009).
  8. Smit, T. H. The use of a quadrupted as an in vivo model for the study of the spine-biomechanical considrations. Eur Spine J. 11 (2), 137-144 (2002).
  9. Aldini, N. N., et al. Pedicular fixation in the osteoporotic spine: a pilot in vivo study on long-term ovariectomized sheep. J Orthop Res. 20 (6), 1217-1224 (2002).
  10. Fini, M., et al. Biological assessment of the bone-screw interface after insertion of uncoated and hydroxyapatite-coated pedicular screws in the osteopenic sheep. J Biomed Mater Res A. 66 (1), 176-183 (2003).
  11. Branemark, R., Ohrnell, L. O., Skalak, R., Carlsson, L., Branemark, P. I. Biomechanical characterization of osseointegration: an experimental in vivo investigation in the beagle dog. J Orthop Res. 16 (1), 61-69 (1998).
  12. McLain, R. F., Yerby, S. A., Moseley, T. A. Comparative morphometry of L4 vertebrae: comparison of large animal models for the human lumbar spine. Spine. 27 (8), E200-E206 (2002).
  13. Giavaresi, G., et al. In vivo preclinical evaluation of the influence of osteoporosis on the anchorage of different pedicle screw designs. Eur Spine J. 20 (8), 1289-1296 (2011).
  14. Hasegawa, T., et al. Hydroxyapatite-coating of pedicle screws improves resistance against pull-out force in the osteoporotic canine lumbar spine model: a pilot study. Spine J. 5 (3), 239-243 (2005).
  15. Smorgick, Y., et al. Single- versus multilevel fusion for single-level degenerative spondylolisthesis and multilevel lumbar stenosis: four-year results of the spine patient outcomes research trial. Spine. 38 (10), 797-805 (2013).
  16. Busscher, I., Ploegmakers, J. J., Verkerke, G. J., Veldhuizen, A. G. Comparative anatomical dimensions of the complete human and porcine spine. Eur Spine J. 19 (7), 1104-1114 (2010).
check_url/55225?article_type=t

Play Video

Cite This Article
Moon, Y. J., Kim, J., Oh, H., Kang, J., Park, G., Lee, K. An Anesthesia, Surgery, and Harvest Method for the Evaluation of Transpedicular Screws Using an In Vivo Porcine Lumbar Spine Model. J. Vis. Exp. (123), e55225, doi:10.3791/55225 (2017).

View Video