Ovine Lumbar Intervertebral Disc Degeneration Modell utnyttjar en lateral retroperitoneal borrbiten skada
Summary
Intervertebral disc degeneration är en signifikant bidragsyter till ryggsmärta och en ledande orsak till funktionshinder över hela världen. Många djurmodeller av intervertebral skivdegenerering existerar. Vi demonstrerar en eldmodell av degenerering mellan ryggradsledningar, med hjälp av en borrkrona, vilket ger en konsekvent skivskada och reproducerbar nivå av skivdegenerering.
Abstract
Intervertebral disc degeneration är en signifikant bidragande till utvecklingen av ryggsmärta och den främsta orsaken till handikapp världen över. Många djurmodeller av devärdering av intervertebralskivor har utvecklats. Den ideala djurmodellen bör nära efterlikna den mänskliga intervertebrala skivan med avseende på morfologi, biomekaniska egenskaper och frånvaron av notochordala celler. Lårbenen intervertebral skivmodell uppfyller dessa kriterier. Vi presenterar en fårmodell av devärdering av intervertebral skivor som utnyttjar en borrskada genom en lateral retroperitoneal-tillvägagångssätt. Den laterala tillvägagångssättet minskar signifikant insnittet och den potentiella sjukligheten som är förknippad med den traditionella anterior-anknytningen till ryggraden. Utnyttjande av en borrbit-metod för skada ger förmågan att producera en konsekvent och reproducerbar skada, med exakta dimensioner, som initierar en konsekvent grad av devärdering av intervertebral skivor. Ringformens fokalitetOch kärnpulsposusdefekt efterliknar i högre grad det kliniska tillståndet av focal intervertebral disc herniation. Får återhämtar sig snabbt efter denna procedur och är vanligtvis mobil och äter inom en timme. Intervertebral skivdegenerering följer och får genomgår nekropsy och efterföljande analys vid perioder från åtta veckor. Vi tror att borrskademodellen för deformation av intervertebralskivor ger fördelar jämfört med mer konventionella ringformade skademodeller.
Introduction
Sår i ryggen är den främsta orsaken till funktionshinder i hela världen 1 . Lumbal intervertebral disc degeneration associerad diskogen smärta anses vara en signifikant bidragsyter till ryggmärg 2 . Det finns en ökande efterfrågan på tillförlitliga djurmodeller av intervertebralskivan för att bredda förståelsen för degenerativ process och för undersökning av potentiella terapier.
Många djurmodeller av devärdering av intervertebral skivor finns 3 . Djurmodeller som användes vid undersökningen av degenerativ skivsjukdom varierar i storlek från möss 4 till större däggdjur, såsom hundar 5 , får 6 och icke-mänskliga primater 7 . Metoder som används för att framkalla intervertebralskivsdegenerering kan i stor utsträckning klassificeras i kategorierna av mekaniska ( t.ex. intervertebral skivkomprimering N 8 eller kirurgisk skada 6 ), kemisk ( t.ex. kemisk nukleolys 5 ) eller, mindre allmänt, spontan degenerering ( t.ex. sandrot 9 ).
Med tanke på komplexiteten hos degenerering av mänsklig intervertebral skiva, existerar inte en perfekt djurmodell. Viktiga överväganden vid val av en lämplig djurmodell för att efterlikna detta tillstånd har emellertid identifierats 3 . Sådana överväganden innefattar frånvaron av notochordala celler (primitiva celler med möjlig stamcellsfunktion 10 frånvarande från vuxna kärnpulposus hos människor, får, getter och kondrodystrofa hundar men närvarande i de flesta däggdjur), likheter i djur- och intervertebralskivans storlek i förhållande till människor, Jämförbara biomekaniska krafter till det kliniska tillståndet, mekanistiska och etiska överväganden 3 .
Jove_content "> Icke-mänskliga primater uppfyller många av ovanstående kriterier. Bebis- och macaque-modeller av spontan intervertebralskivsdegenerering har beskrivits 11 , 12 , 13. Båda arterna spenderar stora mängder av tid i uppreparna eller halvriktiga ställningar – en distinkt fördel I förhållande till andra djurmodeller. Men etisk och praktisk övervägning ( t.ex. kostnad, boende, fördröjd inbrott av spontan degeneration) begränsar användningen i många institutioner.Ryggraden är en etablerad modell för degenerering mellan ryggradssplattor, med fördelar innefattande cellulära, biomekaniska och anatomiska likheter med den mänskliga ryggraden 10 , 14 , 15 . Trots den fyrfödda staturen hos får utsätts lårbenets intervertebralskiva för liknande spänningar på den mänskliga skivanS = "xref"> 14. Ovanmodellen är också mer allmänt accepterad, ur et etiskt perspektiv, än icke-mänskliga primatmodeller. Varierade metoder har beskrivits för att initiera den degenerativa processen, av vilka många kräver direkt åtkomst till den intervertebrala skivan. På grund av att ryggmärgen slocknar i sakralområdet och förbening av det bakre längsgående ligamentet i ländryggen, är bakre förhållanden till den intervertebrala skivan tekniskt utmanande och mindre vanligt förekommande i fåret 16 . De traditionella tillträdesvägarna till ländryggen, dvs. via främre eller anterolaterala tillvägagångssätt, kräver stora magsnitt, är bräckliga med risk för bråck och skador på inre vev och neurovaskulära strukturer 16 . Användningen av en relativt liten lateral snitt bort från beroende bukområden kan minska sådana risker 17 .
Vi presenterar en får MoDel av degenerativ lumbal intervertebral skivan sjukdom med användning av borrskada utförs genom en minimalt invasiv lateral tillvägagångssätt, och inspirerad av arbetet av Zhang et. Al 18 . Målet med detta protokoll är att möjliggöra en tillförlitlig länders skivskademodell som lätt kan reproduceras, ger en konsekvent skada och är säker och väl tolererad. Detta tillvägagångssätt är väl lämpat för utredare som försöker inducera en mildare grad av lumbal intervertebral skivs degenerering än vad som observerats med traditionell kirurgisk annulotomi (opublicerade data) för undersökning av antingen intervertebral skivdegeneration eller regenerativ terapi. Dessa resultat kommer att beskrivas i en kommande publikation.
Protocol
Representative Results
Discussion
Detta minimalt invasiva sidotillgångsförfarande är effektivt och säkert utan postoperativ bråck, bukskador eller infektion som observerats i denna serie. Användning av borrskärmskärmsmodell med djupstopp ger en reproducerbar metod för att framkalla en konsekvent skador på intervertebral skivor med känd dimension ( dvs. en djupskada på 3,5 mm diameter x 12 mm i denna studie). Enligt vår erfarenhet producerar denna metod en mindre allvarlig grad av skivdegeneration än vad som observerats i konventio…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Dr Chris Daly är mottagare av Stiftelsen för Kirurgi Richard Jepson Research Scholarship. Författarna vill tacka doktor Anne Gibbon, doktor Dong Zhang och personalen på Monash Animal Services, Monash University för deras hjälp med djurkirurgi och vård.
Materials
| Medetomidine Hydrochloride (10 mL Injection) | Therapon/Zoetis | PFIDOM10 | Multiple suppliers: Zoetis/Ilium |
| Thiopentone | Troy | Triothiopentone | Multiple suppliers: Neon Laboratories, Jagsonphal Pharmaceuticals |
| Isoflurane (2-3 % in oxygen) | Baxter | AHN3636 | Multiple suppliers: Baxter/VetOne |
| Amoxicillin parenteral | GlaxoSmithKline | JO1CA04 | Multiple suppliers: GlaxoSmithKline/Merck |
| Bupivacaine (0.5% Injection 20 mL) | Pfizer | 005BUP001 | Multiple suppliers: Pfizer/AstraZeneca |
| PVD Iodine Solution | Jurox | 61330 | Multiple suppliers: Jurox/Orion |
| Chlorhexidine 5%w/v | Jurox | Chlorhex C 5L (SCRUB) | Multiple suppliers: Jurox/Pfizer |
| Transdermal Fental Patch (75 μg/h) | Janssen-Cilag | S8-Dur7.5 | Multiple suppliers: Sandoz |
| Buprenorphine iv | Jurox | 504410 | Multiple suppliers: LGM Pharma |
| Atipamezole (Antisedan 0.06 mg/kg – 0.08 mg/kg) | Zoetis | PFIANT10 | Multiple suppliers: Ilium |
| Oster Golden A5 2-Speed Clippers | Oster | 078005-140-003 | Oster |
| 20 ml luer lock syringe | Terumo | 6SS+20L | Multiple suppliers: Medshop Australia/Terumo |
| 21 G IV needle | Terumo | SG3-1225 | Multiple suppliers:Medshop Australia/Terumo |
| #4 scalpel handle | Austvet | AD010/04 | Multiple suppliers: Austvet/SurgicalInstruments |
| #22 scalpel baldes | Austvet | ||
| Gillies tissue forceps | Austvet | AB430/15 | Multiple suppliers: Austvet/SurgicalInstruments |
| Metzenbaum curved dissecting scissors | Austvet | AC101/14 | Multiple suppliers: Austvet/SurgicalInstruments |
| Deaver retractor | Surgical Instruments | 23.75.03 | Multiple suppliers: Surgical Instrument/Austvet |
| Hohmann retractor | Austvet | KA173/35 | Multiple suppliers: Austvet/SurgicalInstruments |
| Mayo suture scissors | Austvet | AC911/14 | Multiple suppliers: Austvet/SurgicalInstruments |
| Needleholder 14 cm | EliteMedical | 18-1030 | Multiple suppliers: EliteMedical/Austvet |
| CMT 3.5 mm Brad-Point Drill | Carbatec | 516-035-51 | Multiple suppliers: Southeast Tool/Carbatec |
| Drill Bit Stop 4 mm | Drill Warehouse | 20121600 | Multiple suppliers: Amazon |
| Bosch 10.8 V Cordless Angle Drill | Get Tools Direct | GWB10.8V-LIBB | Multiple suppliers:Bunnings/Get Tools Direct |
| Autoclavable veterinary drill bag | AustVet | DRA043-AV | AustVet |
| 2-0 absorbable synthetic braided sutures | Ethicon | VCP335H | Ethicon |
| 3-0 absorbable synthetic braided sutures | Ethicon | VCP232H | Ethicon |
| Siemens 3 Tesla Skyra Widebore MRI | Siemens | N/A | Siemens |
| 9.4 Tesla Agilent (Varian) MRI | Agilent Technologies | N/A | Agilent Technologies |
| Atomscope HF 200 A Radiogaph | Radlink | 330003A | Multiple Suppliers: Radlink/DLC Australia |
| Veterinary Pulse Oximiter | DLC | 192500A | Multiple suppliers: DLC Australi Pty Ltd/AustVet |
References
- Hoy, D., March, L., et al. The global burden of low back pain: estimates from the Global Burden of Disease 2010 study. Ann Rheum Dis. 73 (6), 968-974 (2014).
- Luoma, K., Riihimäki, H., Luukkonen, R., Raininko, R., Viikari-Juntura, E., Lammine, A. Low back pain in relation to lumbar disc degeneration. Spine. 25 (4), 487-492 (2000).
- Daly, C., Ghosh, P., Jenkin, G., Oehme, D., Goldschlager, T. A Review of Animal Models of Intervertebral Disc Degeneration: Pathophysiology, Regeneration, and Translation to the Clinic. BioMed Res Int. 2016 (3), 5952165 (2016).
- Sahlman, J., Inkinen, R., et al. Premature vertebral endplate ossification and mild disc degeneration in mice after inactivation of one allele belonging to the Col2a1 gene for Type II collagen. Spine. 26 (23), 2558-2565 (2001).
- Melrose, J., Taylor, T., Ghosh, P., Holbert, C. Intervertebral disc reconstitution after chemonucleolysis with chymopapain is dependent on dosage: An experimental study in beagle dogs. Spine. 21 (1), (1996).
- Oehme, D., Goldschlager, T., Shimon, S., Wu, J. Radiological, Morphological, Histological and Biochemical Changes of Lumbar Discs in an Animal Model of Disc Degeneration Suitable for Evaluating the potential regenerative capacity of novel biological agents. J Tiss Sci Eng. , (2015).
- Platenberg, R. C., Hubbard, G. B., Ehler, W. J., Hixson, C. J. Spontaneous disc degeneration in the baboon model: magnetic resonance imaging and histopathologic correlation. J Med Primatol. 30 (5), 268-272 (2001).
- Iatridis, J. C., Mente, P. L., Stokes, I. A. F., Aronsson, D. D., Alini, M. Compression-Induced Changes in Intervertebral Disc Properties in a Rat Tail Model. Spine. 24 (10), 996 (1999).
- Silberberg, R., Aufdermaur, M., Adler, J. H. Degeneration of the intervertebral disks and spondylosis in aging sand rats. Arch Pathol Lab Med. 103 (5), 231-235 (1979).
- Alini, M., Eisenstein, S. M., et al. Are animal models useful for studying human disc disorders/degeneration. Eur Spine J. 17 (1), 2-19 (2007).
- Lauerman, W. C., Platenberg, R. C., Cain, J. E., Deeney, V. F. Age-related disk degeneration: preliminary report of a naturally occurring baboon model. J Spinal Disord. 5 (2), 170-174 (1992).
- Platenberg, R. C., Hubbard, G. B., Ehler, W. J., Hixson, C. J. Spontaneous disc degeneration in the baboon model: magnetic resonance imaging and histopathologic correlation. J Med Primatol. 30 (5), 268-272 (2001).
- Nuckley, D. J., Kramer, P. A., Del Rosario, ., Fabro, A., Baran, N., S, R. P., Ching, Intervertebral disc degeneration in a naturally occurring primate model: radiographic and biomechanical evidence. J Orthop Res. 26 (9), 1283-1288 (2008).
- Wilke, H. J., Kettler, A., Claes, L. E. Are sheep spines a valid biomechanical model for human spines. Spine. 22 (20), 2365-2374 (1997).
- Sheng, S. -. R., Wang, X. -. Y., Xu, H. -. Z., Zhu, G. -. Q., Zhou, Y. -. F. Anatomy of large animal spines and its comparison to the human spine: a systematic review. Eur Spine J. 19 (1), 46-56 (2010).
- Oehme, D., Goldschlager, T., et al. Lateral surgical approach to lumbar intervertebral discs in an ovine model. Scientific World J. 2012 (8), 873726 (2012).
- Youssef, J. A., McAfee, P. C., et al. Minimally invasive surgery: lateral approach interbody fusion: results and review. Spine. 35 (Suppl 26), S302-S311 (2010).
- Zhang, Y., Drapeau, S., An, H. S., Markova, D., Lenart, B. A., Anderson, D. G. Histological features of the degenerating intervertebral disc in a goat disc-injury model. Spine. 36 (19), 1519-1527 (2011).
- White, K., Taylor, P. Anaesthesia in sheep. In Practice. 22 (3), 126-135 (2000).
- Kandziora, F., Pflugmacher, R., et al. Comparison between sheep and human cervical spines: an anatomic, radiographic, bone mineral density, and biomechanical study. Spine. 26 (9), 1028-1037 (2001).
- Oehme, D., Ghosh, P., et al. Mesenchymal progenitor cells combined with pentosan polysulfate mediating disc regeneration at the time of microdiscectomy: a preliminary study in an ovine model. J Neurosurg Spine. 20 (6), 657-669 (2014).
- Hunter, C. J., Matyas, J. R., Duncan, N. A. Cytomorphology of notochordal and chondrocytic cells from the nucleus pulposus: a species comparison. J Anat. 205 (5), 357-362 (2004).
- Hoogendoorn, R. J., Helder, M. N., Smit, T. H., Wuisman, P. Notochordal cells in mature caprine intervertebral discs. Eur Cells Mater. 10 (Suppl 3), (2005).
- Pohlmeyer, K. . Zur vergleichenden Anatomie von Damtier, Schaf und Ziege: Osteologie und postnatale Osteogenese. , (1985).
- Pfirrmann, C. W., Metzdorf, A., Zanetti, M., Hodler, J., Boos, N. Magnetic resonance classification of lumbar intervertebral disc degeneration. Spine. 26 (17), 1873-1878 (2001).
