Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
JoVE Journal Bioengineering
Click here for the English version

Bioengineering

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

Published: December 10, 2021 doi: 10.3791/57696
Automatic Translation
1,3, 2, 1
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.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

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 yönetmeliklerine göre) tarafından denetlendi. Ötenazi yapılana kadar acı belirtisi göstermediler.

1. Doku Mühendisliği Tendon (ET) Greftinin Hazırlanması

  1. Kollajen hidrojelini imal etmek için, 4 mL sıçan kuyruğu kollajen tipi 1 monomerik kollajen çözeltisi (toplam proteinin% 0.2 w / v ile% 0.6 asetik asitte 2.15 mg / mL) ve 10x Minimal Esansiyel Orta 500 μL ekleyin. Bunu 5 M ve 1 M sodyum hidroksitlere karşı titratlayarak nötralize eder ve 500 μL Dulbecco'nun Modifiye Kartal Orta (DMEM) ekleyin.
  2. Bu çözeltinin 5 mL'× özel bir dikdörtgen metal kalıba (33 mm × 22 mm × 10 mm, 120 g ağırlık) dökün (Şekil 1). Matrismontajına izin vermek için kalıbı 37 °C'de bir CO 2 inkübatörde ve%5 CO 2'de 15dakika bekletin.

2. Greftin İmalatı

  1. Polimerizasyondan sonra, kollajen hidrojelini kalıptan çıkarın ve standart bir plastik sıkıştırma tertibatında yerleştirin (Şekil 2A)19.
  2. Kollajen hidrojelini iki adet 50 μm naylon ağ tabakası arasına yerleştirin ve hidrojelden interstisyel sıvıyı çıkarmak için 5 dakika boyunca120g (toplam yüzey alanı 7,4 cm 2 , 1,6 kPa'ya eşdeğer bir basınç) statik yük uygulayın (Şekil 2A). Hidrojellerden boşaltılan sıvıyı emmek için dört kat filtre kağıdı kullanın.
  3. ET'yi imal etmek için üst üste yuvarlanmış dört kat sıkıştırılmış jel kullanın (Şekil 2B) ve 15 mm'lik parçalara (Şekil 2C) kesin.
    NOT: Deneylerde 16 - 25 haftalık yeni Zeland beyaz erkek tavşanları kullanıldı.
  4. Intramüsküler (i.m.) dozda Hipnorm (0.3 mg/mL) ile hayvanları yatıştırın ve aşırı dozda pentobarbiton uygulayarak ötenazi.
  5. Ötanaziden hemen sonra, her iki arka ayak üzerindeki saçları kesin. Daha sonra 20 numara bir cerrahi bıçakla, tibialis posterior (TP) tendonunu ortaya çıkarmak için alt tibiofibular bölgenin etrafında 9 cm'lik bir kesi yapın.
  6. Aynı büyüklükteki cerrahi bıçak ile ortalama uzunluğu 70 mm olan lapin TP tendonlarını excise edin ve kurumasını önlemek için deneysel işlem sırasında PBS'de nemli tutun.

3. Geliştirilen Yeni Tenorhaphy Tekniği

NOT: Dikişler (bkz. Malzeme Tablosu)emilemez ve sentetik doğrusal poliolefin olan polipropilenin izotaktik kristal stereoisomer'ından yapılmıştır. Çekirdek birbirine kenetlenme dikişleri esas olarak 3-0 ve periferik dikişler 6-0'dan oluşuyordu. Bunlar tüm deneylerde kullanılan iki ana dikişti.

  1. Cerrahi bir bıçakla orta noktada TP tendonu kesin. Tendonun ortasından 15 mm'lik bir kısmını dök ve ET kollajen grefti ile değiştirin (Şekil 2D). 3-0 dikişi proksimally olarak doğal tendon uçlarından uzağa kilitlenin (Şekil 3A).
  2. 3-0 çekirdek dikişlerini greftin tüm uzunluğunun üzerine geçirin ve kesik ucundan distally uzağa kilitlenin.
  3. ET'nin her iki ucunu da iki tendon ucunu birbirine bağlayarak çevre etrafında 6-0 ve sürekli çalışan dikişlerle yerli tendona sabitleyin (Şekil 3B). Bu, greftin doğal tendon üzerine gerginlik yerleştirilerek dikiş üzerinde kolayca hareket ettirilebilmesi için yapılır20.
  4. Dikişi yukarıda açıklandığı gibi sabitledikten sonra, dikişlerdeki gerginliğin uygun olduğundan ve dikişin tamamında sarkıklık olmadığından manuel olarak emin olun.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

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 asitte (2.15 mg/mL) çözünmüştür. Bu kollajeni polimerize etmek için, çapraz bağlı olmayan anizotropik kollajen fibrilleri oluşturan sodyum hidroksit in vitro ile nötralize edildi. Bu hidrojel% 98 sıvı içerir ve imalat sırasında 20 dakika içinde canlı doku in vivo taklit edebilir23. Ancak, bu hidrojel mekanik olarak zayıftır; bu nedenle, mekanik özellikleri artırmak için, kollajen hidrojelinin 'plastik sıkıştırma' olarak bilinen bir teknikle hızlı sıkıştırması için bir yöntem geliştirdik, sıkıştırma derecesi üstteki uygulanan ağırlıkla doğru orantılıdır ve sıvı bırakma yüzeyinden sıvı salınır (FLS)19.

Bu greftin spiral haddele yuvarlanması mekanik özellikleriniarttırır 19, ancak greft yerli tendondan önemli ölçüde daha zayıf kalır. Bu konuyu ele almak için, yırtılmış tendonların kenarına değil, proksimally ve distally uzağa dikiş noktaları yerleştirerek yeni bir modifiye dikiş tekniği geliştirdik. Böylece, onarımın gücü mekanik olarak daha zayıf tendon greftinde değil, dikiş ve dikiş noktalarındadır.

Geliştirilen yeni dikiş tekniğinin işlevselliğini göstermek için lapin TP tendonu ekssizyona uğradı. Boşluk, 6-0 dikişle sabitlenmiş 15 mm uzunluğunda bir tendon grefti ile dolduruldu ve yük bariyeri görevi görmek için 70 mm'ye 3-0 birbirine kenetlenmiş dikişler yerleştirildi (Şekil 3A). Onarımın ortalama kırılma mukavemeti 50.62 ± 8.17 N idi, bu da 12.49 ± 1.62 N(Şekil4A)kontrolünün Kessler onarımından önemli ölçüde daha yüksekti(p < 0.05). Bu nedenle, çekirdek dikiş uzunluğu ve tendondan uzaklaşmaları tendonun direncini önemli ölçüde etkiler ve onarımlar daha yüksek büyüklükte başarısız olmaktan24,25.

Bu direnç, tendonda % 20'den fazla erken onarım arızasına ve gerinim arızasına neden olan kontrol onarımlarında yetersiz kaldı. Bununla birlikte, bu fizyolojik bir anomalidir, çünkü in vivo tendonlar asla% 20 suşa maruz kalmaz ve bir tendon için bu kadar uzayacak yeterli alan yoktur; bu nedenle, in vivo modellerinde dikiş tekniğinin fizibilitesini test etmek için yerinde onarım yaptık ve 24.60 ± 3.92 N ortalama kırılma mukavemeti hesapladık, bu da kontrol ortalama kırılma mukavemetinden önemli ölçüde daha yüksek 13.98 ± 2.26 N(Şekil 4B).

Figure 1
Şekil 1: Paslanmaz çelik kalıba dökülen nötralize kollajen hidrojel (pH 7.4) (pembe renk). Jel fibrilogenezin gerçekleşmesi için37 °C'de 20 dakika boyunca CO 2 inkübatörde kalmasına izin verildi. Ölçek çubuğu altta gösterilir. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

Figure 2
Şekil 2: Plastik sıkıştırma işlemi. (A) Naylon kafeslerin arasına yerleştirilen kollajen hidrojel, 120 gramlık sabit statik yük uygulanır. Boşaltılan sıvı dört kat filtre kağıdı ile emildi. Ok, jel için sıvı bırakma yüzeyini (FLS) gösterir. (B) Dört kat sıkıştırılmış kollajen levha eksen boyunca yuvarlanarak 'mühendislik tendonu' (ET) oluşturulmuştur. (C) ET bölümü tendonu taklit etmek için 15 mm'lik parçalar halinde kesildi. (D) Tendon defekti, posterior tibial tendonun 15 mm'lik bir kısmı kesilerek doğal tendonda (NT) oluşturulmuş ve kusur ET ile doldurulmuştur. Bu panel önceki çalışma26'dan değiştirildi. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

Figure 3
Şekil 3: (A) Tendon defekti ET ile doldurularak 6-0 dikiş ile sabitlenmiş, 30 mm bölgesinde greftin üstünden geçerek 3-0 birbirine kenetlenmiş dört iplikçik dikiş tekniği yapılmıştır. Blok ok dikişin başlangıç noktasını, boş ok ise dikişin bitiş noktasını gösterir. Bu panel önceki çalışma26'dan değiştirildi. (B) Geliştirilmiş dikiş tekniğini lapine modeli (insitu)içindeki bir alanda gerçekleştirmenin fizibilitesi). Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

Figure 4
Şekil 4: Mekanik mukavemet. (A) Onarımın mekanik test çıkışı ve (B) yerinde mekanik test çıkışı (Hata çubukları = SD; *p < 0.05, Bonferroni düzeltmeli tek yönlü ANOVA). Bu panel önceki çalışma26'dan değiştirildi. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

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 21,29,30,31,32 'dir. Başarılı bir gravür gerçekleşmesi için, greftin mekanik özellikleri ideal olarak doğal tendon33ile eşleşmelidir; bununla birlikte, mevcut mühendislik teknikleri ile ET'nin (4.41 N) mekanik özellikleri, doğal tendon (NT) (261.08 N)33'denönemli ölçüde daha düşüktür. Bunun, mühendislik için bir meydan okuma olmaya devam eden ve mekanik özelliklerini eşleştiren yerel tendondaki kollajen fibril'in son derece organize hiyerarşik düzenlemesinden kaynaklandığı önermektedir34. Kollajen hidrojel33'estatik bir sıkıştırma ağırlığı uygulayarak ET matrisinin yoğunluğunu artırmaya çalıştık; bununla birlikte, tendonun gücünü elde ettiği mimari karmaşıklık daha karmaşıktır. Mekanik mukavemet tahakkuk yöntemleri tartışmasız en iyi elde in vivo, konak biyolojik süreçleri hücre dışı matrisin yeniden şekillendirilmesinde etki edebilir. Bu nedenle, bu çalışmada, mevcut dikiş tekniğini post tendon onarımı olarak değiştirmek için başka bir strateji benimsenmiştir; onarılmış tendon greftinin mekanik mukavemeti tamamen dikiş tekniğine bağlıdır8,9. Bu nedenle, mevcut dikiş tekniklerini değiştirerek, yeni bir yaklaşım olarak hücre ve ECM kaynaklı yeniden şekillendirme gerçekleşene kadar tasarlanmış tendon greftini boşaltabiliriz.

Bugüne kadar, tendonu onarmak için çeşitli dikiş teknikleri mevcuttur, bunların hiçbiri altın standart değildir; bununla birlikte, modifiye Kessler dikiş tekniği tendonları onarmak için yaygın olarak kullanılır, çünkü daha az obstrüktiftir ve tendonlara zarar verir35,36. Kuzuların fleksör digitorum profundus kas tendonunun, 6 iplikli Savage tekniği ile dikildiğinde, 51.3 N kırılma gücüne sahip olduğu bildirildi, ancak değiştirilmiş bir Kessler dikiş tekniği kullanıldığında, kırılma gücü 69.0 N7idi. Ancak bu çalışmada 15 mm'lik tendon boşluğu ET ile doldurulup Modifiye Kessler dikiş tekniği ile onarıldığında onarım 12,49 N kırılma mukavemeti ile erken evrede başarısız oldu(Şekil 4). Bu düşük değer tekniği klinik olarak önemsiz kılar. Benzer bulgular De Wit ve ark. tarafından bir porcine fleksör onarım tendon modelinde bildirilmiştir, kessler onarımının dikiş yırtılmasında başarısız olduğunu, çarmıha germe onarımına kıyasla% 15 azaltıldığını, gapping'in% 87 oranında azaldığı ve dikiş çekmede onarımın başarısız olduğu38. Bu nedenle, mekanik olarak daha zayıf ET'yi yerinde tutabilecek başka bir güçlü dikiş tekniğine ihtiyaç vardır.

ET'nin tüm uzunluğu boyunca ve karşı tendonun üzerinde dört çekirdek dikiş kullanılarak yeni bir modifiye dikiş tekniği geliştirilmiştir. Bu dikişler, her tendon ucundan bir mesafede dikiş malzemesinin üzerine kenetlendi. Bunun başlıca nedeni, dikiş düğümlerinin tüm dikiş iplikçiklerine eşit mesafede ve eşit yük paylaşımı gerilimi koymanın mekanik özelliklerini artırdığı bildirilmiştir39. Dengeli bir onarım, sürekli bir dikiş tutarak ve onarım yerinde sıkıştırmaya izin vermek için onarımı şaşırtıcı bir şekilde40.

Bu çalışmada tavşan TP tendonunun uzunluğu, genişliği ve kalınlığı sırasıyla 62,4 mm, 5 mm ve 1,5 mm olduğu göz önüne alındığında dış birbirine kenetlenmiş dikişler için 3-0 dikiş kullanılmıştır. ET'yi yerinde tutmak için 6-0 dikiş kullanıldı. Diğer emilebilir dikiş malzemelerini denememize rağmen, bir süre içinde zayıfladıkları için uygun olmaz in vivo41. Polipropilen dikişlerin seçilmesinin birincil nedeni, tekilleştirmenin yanı sıra emilemez olmaları ve yük42altında yapısal veya gerilimsel değişikliklere neden olmamasıdır. 2-0'dan 7-0'a kadar tüm dikişleri test ettik, ancak 3-0 ve 6-0 deneylerimiz için ideal adaylar olarak bulundu 26.

4 iplikçik onarımı kullanmanın birincil nedeni, bir tendonda normal bir cerrahi dikişin hücresel bir bölgenin oluşumuyla sonuçlandığını bildirdiği için daha fazla sayıda dikiş teli ile yırtılmış tendon uçlarında aşırı hasardan kaçınmaktı43. Bunun, tendona konulan basınç yükünden dışarı göç eden hücrelerden kaynaklandığı ve normalde bu hücrelerin çekme yüküne maruz kaldığı varsayılmıştır17. Hücrelerin dikişten uzak bu göçü daha sonra matrisi korumak ve ciro yapmak için hücrelerin azlığı olduğu için matrisin zayıflamasına neden olabilir, bu da erken tendon yetmezliğine neden olabilir17. Biyomekanik olarak 4 iplikli dikişlerden iki kat daha güçlü(ex vivo) dikiş iplikçiklerini kullanabiliriz11,12,44,45; ancak, bu onarımlar yaygın olarak uygulanmıyor ve klinik sınırlamaları şu andadeğerlendiriliyor 13,14,15,16.

Dikiş düğümünün yerleştirilmesi önemlidir, ancak dikişin dışsallaştırılması için ve bunlara karşı argümanlar vardır. Dikişin dış yüzeyde olması, tendon kasnakları gibi yapılara karşı potansiyel olarak tıkanabilir ve kaymayı azaltabilir. Bir çalışmada, içine dikiş düğümlerinin yerleştiği alanlar,46dışında dikiş düğümleri olan Kessler onarımına kıyasla kayma direncinde bir azalma olduğunu göstermektedir. Köpek modelinde yapılan çalışmalar, kuvvetin daha yüksek bir büyüklükte, onarımın dışında ve tendon uçlarından uzakta bulunan daha az dikiş düğümünün, onarımın içinde bulunanlara kıyasla hayatta kaldığı sonucuna varmıştır47,48. Bununla birlikte, düğümü içselleştirmek potansiyel olarak iyileştirici tendonun temas yüzeyini azaltır. Doku hasarının tendonu delip geçen dikiş iğnesinden kaynaklandığı ve daha fazla sayıda geçişin artan tendon travması ile ilgili olduğu da düşünülmektedir49.

ET'yi tendon boşluğu arasında sabitlemek için tendon ve ET'nin kenarı boyunca50 dikiş çalıştırma standardı gerçekleştirildi. Bu yapıldı, çünkü hücre ve ECM kaynaklı yeniden şekillendirme meydana gelene kadar iyileşmenin ilk aşamasında ET'yi yerinde tutacak kadar güçlü periferik dikişlere ihtiyaç vardı50. En büyük sorun, NT ve ET'nin mekanik özelliklerindeki değişimdi ve bu da ET stres korumalı olmasına rağmen erken boşluk oluşumuna neden olabilir. Öte yandan, yatay şilte intrafiber dikişler51, Halsted sürekli yatay yatak dikişleri52 , 53,çapraz dikiş epitendinöz onarım teknikleri 54,55,56,57veya koşu kilit dikişleri58, 59gibi daha güvenli bir teknik uygulamak kırılgan olduğu için ET'nin yırtılmasına neden olurdu. Böylece, basit ve ET'yi her yönde sağlam tutan periferik dikiş tekniği olarak dikiş çalıştırmayı seçtik.

Doku mühendisliği açısından bakıldığında, bu yöntemin 1,5 cm'den büyük bir tendon boşluğunu doldurmak için kullanılıp kullanılamayacağı üzerinde çalışmamız gerekir. Bu grefti insan klinik deneylerinde kullanmak için, klinik sınıf kolajen geliştirerek elde edilebilmesine rağmen, kollajenin ksenogeneik kaynağına immünolojik yanıtı daha fazla araştırmamız gerekir. Burada açıklanan protokol, geliştirilen dikiş tekniğinin mevcut anatomik alanlardaki fizibilitesini bir porcine lapine modelinde ortaya çıkarmaktadır. Bu geliştirilen dikiş tekniği, dikiş noktalarına proksimal ve distal olarak eşitlikçilik ile yırtılmış tendon uçlarından uzaktır, böylece mühendislik tendon grefti yüklenebilir. Bu nedenle, olgunlaşabilir ve entegre edebilir vivo.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

Yazarlar çıkar çatışmaları olmadığını beyan ederler.

Acknowledgments

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

Materials

Name Company Catalog Number Comments
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, American Volume 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

Biyomühendislik Sayı 178 Tendon onarımı doku mühendisliği kollajen tendon grefti dikiş tekniği tendon
Büyük Tendon Kusurlarını Onarmak İçin Doku Mühendisliği Kollajen Greftli Yeni Bir Tenorhaphy Dikiş Tekniği
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Sawadkar, P., Wong, J., Mudera, V. A … More

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).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter