JoVE Journal > Bioengineering
Summary
Abstract
Introduction
Protocol
Results
Discussion
Disclosures
Acknowledgements
Materials
References
Automatic Translation
Please note that all translations are automatically generated. Click here for the English version.
Bioengineering

تقنية خياطة تينورهافي جديدة مع الأنسجة المهندسة الكولاجين الكسب غير المشروع لإصلاح عيوب وتر كبير

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

في هذه الورقة، نقدم بروتوكولا في المختبر وفي الموقع لإصلاح فجوة وتر تصل إلى 1.5 سم عن طريق ملئه بالكسب غير المشروع للكولاجين المهندس. تم تنفيذ ذلك عن طريق تطوير تقنية خياطة معدلة لأخذ الحمل الميكانيكي حتى ينضج الكسب غير المشروع في الأنسجة المضيفة.

Abstract

الإدارة الجراحية لعيوب الأوتار الكبيرة مع ترقيع الأوتار أمر صعب ، حيث أن هناك عددا محدودا من المواقع التي يمكن فيها التعرف على المتبرعين بسهولة واستخدامها. حاليا، يتم ملء هذه الفجوة مع وتر السيارات، ألو، زينو، أو الطعوم الاصطناعية، ولكن الأساليب السريرية لتأمينها ليست بالضرورة قابلة للترجمة إلى الحيوانات بسبب الحجم. من أجل تقييم المواد الحيوية الجديدة أو دراسة الكسب غير المشروع وتر تتكون من نوع الكولاجين 1، قمنا بتطوير تقنية خياطة معدلة للمساعدة في الحفاظ على وتر المهندسة في محاذاة مع نهايات الوتر. الخصائص الميكانيكية لهذه الطعوم هي أدنى من وتر الأصلي. لدمج وتر هندسيا في نماذج ذات الصلة سريريا من إصلاح محملة، تم اعتماد استراتيجية لتفريغ الكسب غير المشروع وتر المهندسة الأنسجة والسماح لنضوج وتكامل وتر المهندسة في الجسم الحي حتى تم تشكيل وتر جديد سليم ميكانيكيا. نحن نصف هذه التقنية باستخدام دمج الكولاجين نوع 1 بناء وتر الأنسجة المهندسة.

Introduction

قد يحدث تمزق الوتر بسبب عوامل خارجية مثل التمزقات المؤلمة أو التحميل المفرط للوتر. بسبب قوى الشد الخارجية وضعت على إصلاح وتر, فجوة أشكال حتما مع معظم تقنيات إصلاح وتر. حاليا، يتم تعبئة عيوب وتر / الفجوات مع السيارات، ألو، زينو- أو الطعوم الاصطناعية، ولكن توافرها محدود، وموقع المانحة هو مصدر للمراضة.

النهج المهندسة الأنسجة لتصنيع الكسب غير المشروع وتر من البوليمر الطبيعي مثل الكولاجين لديه ميزة مميزة لكونها متوافقة بيولوجيا ويمكن أن توفر مكونات مصفوفة خارج الخلية الحيوية (ECM) التي تسهل تكامل الخلايا. ومع ذلك ، بسبب عدم وجود محاذاة الرجفان ، فإن الخصائص الميكانيكية للوتر المهندس (ET) أقل شأنا من الوتر الأصلي. لزيادة الخصائص الميكانيكية للكولاجين الأضعف ، تم استخدام العديد من الطرق ، مثل الربط الفيزيائي عبر الفراغ ، والأشعة فوق البنفسجية ، والعلاجات اللامائية1. أيضا، من خلال الربط المتبادل الكيميائي مع الريبوفلافين، زادت الطرق الأنزيمية وغير الأنزيمية كثافة الكولاجين ومعامل الشباب من الكولاجين في المختبر2،3. ومع ذلك ، من خلال إضافة عوامل الربط المتبادل ، يتم اختراق التوافق البيولوجي للكولاجين ، حيث أظهرت الدراسات تغييرا بنسبة 33٪ في الخصائص الميكانيكية وفقدان 40٪ من صلاحية الخلية3و4و5. يمكن الحصول على تراكم تدريجي للمحاذاة والقوة الميكانيكية من خلال التحميل الدوري6؛ ومع ذلك، يمكن الحصول على هذا بكفاءة أنان فيفو7.

لكي تتكامل ET في الجسم الحي وتكتسب القوة دون الحاجة إلى تغيير كيميائي ، سيكون أحد النهج هو استخدام تقنية خياطة الاستقرار للحفاظ على البناء الأضعف في مكانه. معظم الإصلاحات وتر تعتمد على تصميم خياطة لعقد ينتهي وتر معا; وبالتالي تعديل هذه التقنيات القائمة يمكن أن توفر حلا منطقيا8،9.

حتى 1980s، كانت تستخدم على نطاق واسع إصلاحات 2 حبلا، ولكن الأدب الجراحية الأخيرة يصف استخدام 4 خيوط، 6 خيوط أو حتى 8 خيوط في إصلاح10،11. في عام 1985 ، وصف سافاج تقنيات خياطة 6 خيوط مع 6 نقاط مرساة ، وكان أقوى بكثير من تقنية خياطة بونيل التي تستخدم 4 خيوط 12. أيضا، إصلاحات 8 حبلا هي 43٪ أقوى من خيوط أخرى في الجثث والنماذج في الموقع، ولكن هذه الإصلاحات لا تمارس على نطاق واسع كما يصبح من الصعب تقنيا لإعادة إنتاج الإصلاحات بدقة13،14،15،16. لذلك ، يرتبط عدد أكبر من خيوط الغرز الأساسية بزيادة متناسبة في الخصائص الميكانيكية الحيوية للوتر الذي تم إصلاحه. ومع ذلك ، هناك فقدان قدرة الخلية على البقاء حول نقاط الغرز ، ويمكن أن تكون الصدمة الناجمة عن الخياطة المفرطة على حساب الوتر ، والتي يمكن أن تعرض وترالشفاء للخطر 17. تقنيات خياطة ينبغي أن توفر إصلاح هندسي قوية متوازنة وغير متوازة نسبيا للحد من الفجوة وتر بعد الإصلاح. بالإضافة إلى ذلك ، يجب وضع موقع الغرز وعقده استراتيجيا حتى لا تتداخل مع الانزلاق وإمدادات الدم والشفاء حتى يتم الحصول على تراكم القوة الكافية10،18.

لإنشاء جدوى لتأمين الكسب غير المشروع ET أضعف أو غيرها من مواد الكسب غير المشروع في ما بين تمزق وتر، وضعنا تقنية خياطة جديدة التي يمكن تفريغ الكسب غير المشروع بحيث يمكن أن تنضج وتكامل تدريجيا في الأنسجة المضيفة في الجسم الحي.

Protocol

ملاحظة: تم الحصول على تصميم التجربة والموافقة الأخلاقية من مجلس المراجعة المؤسسية UCL (IRB). وقد أجريت جميع التجارب وفقا لتنظيم وزارة الداخلية والمبادئ التوجيهية لقانون الحيوانات (الإجراء العلمي) لعام 1986 مع تشريع منقح للتوجيه الأوروبي 2010/63/EU (2013). تم تفتيش الأرانب من قبل جراح بيطري اسمه (NVS) بشك…

Representative Results

لقد استخدمنا ترقيع الكولاجين المصنعة من النوع الأول الكولاجين، وهذا هو البروتين السائد وجدت في الوتر. وهو يشكل ما يقرب من 95٪ من مجموع الكولاجين في وتر; وبالتالي، وقد أظهرت الكولاجين جميع الخصائص المثالية لمحاكاة وتر في الجسم الحي21،22….

Discussion

في هذه الدراسة، تم اختيار الأنسجة المهندسة نوع I ترقيع الكولاجين كسبع وتر لأن الكولاجين هو البوليمر الطبيعي وتستخدم كما مادة حيوية لمختلف تطبيقات هندسة الأنسجة27،28. أيضا، الكولاجين يشكل 60٪ من الكتلة الجافة من وتر، من 95٪ منها هو نوع الكولاجين <sup class="xref"…

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

ويود المؤلفون أن يعترفوا بكلية لندن الجامعية لتمويل هذا المشروع.

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

References

  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/57696?article_type=t

Play Video
PDF
DOI
DOWNLOAD MATERIALS LIST
Cite This Article
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).
Download Citation
Reprints and Permissions

View Video

✖

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

CAPTCHA Image
Play CAPTCHA Audio
Refresh Image