Các tác động bảo vệ sụn của cấy ghép meniscus polycarbonate-urethane: kết quả histopathological trong mô hình cừu

Wiley - Tập 19 - Trang 255-263 - 2010
Gal Zur1, Eran Linder-Ganz1, Jonathan J. Elsner1, Jonathan Shani1, Ori Brenner1, Gabriel Agar2, Elliott B. Hershman3, Steven P. Arnoczky4, Farshid Guilak5, Avi Shterling1
1Research and Development Center, Active Implants Corporation, Netanya, Israel
2Department of Orthopedic Surgery, Assaf Harofe Medical Center, Zeriffin, Israel
3Department of Orthopaedic Surgery, Lenox Hill Hospital, New York, USA
4Laboratory for Comparative Orthopaedic Research, College of Veterinary Medicine, Michigan State University, East Lansing, USA
5Departments of Surgery and Biomedical Engineering, Duke University Medical Center, Durham, USA

Tóm tắt

Chấn thương hoặc mất mảnh sụn thường dẫn đến những thay đổi thoái hóa viêm khớp trong khớp gối. Tuy nhiên, hiện tại có rất ít lựa chọn phẫu thuật cho việc thay thế sụn meniscus. Mục tiêu của nghiên cứu này là khảo sát khả năng của một cấy ghép meniscus nhân tạo có hình dáng giải phẫu, không thể phân hủy, được làm từ polycarbonate-urethane (PCU) gia cố bằng Kevlar®, để ngăn chặn sự thoái hóa sụn tiến triển sau khi cắt bỏ hoàn toàn meniscus. Sụn meniscus nhân tạo được cấy vào những khớp gối của cừu cái trưởng thành sau khi thực hiện phẫu thuật cắt bỏ hoàn toàn meniscus bên trong, và các động vật được giết thịt ở thời điểm 3 và 6 tháng sau phẫu thuật. Phân tích vĩ mô và phân tích mô học định lượng bán được thực hiện trên sụn của khớp đã phẫu thuật và khớp đối diện không phẫu thuật. Các cấy ghép PCU vẫn được giữ chắc chắn suốt thời gian thí nghiệm và không cho thấy dấu hiệu hao mòn hay thay đổi về tính chất cấu trúc hay vật liệu. Phân tích mô học cho thấy sự thoái hóa sụn tương đối nhẹ, chủ yếu biểu hiện bằng sự mất mát về thành phần proteoglycan và cấu trúc sụn. Tuy nhiên, tổng điểm viêm khớp không khác biệt đáng kể giữa các khớp đối chứng và khớp đã phẫu thuật, và không có sự khác biệt về mức độ thay đổi thoái hóa giữa thời gian 3 và 6 tháng sau phẫu thuật. Các phát hiện hiện tại cung cấp bằng chứng ban đầu cho khả năng của một cấy ghép meniscus PCU nhân tạo trong việc trì hoãn hoặc ngăn ngừa những thay đổi thoái hóa viêm khớp trong khớp gối sau khi thực hiện cắt bỏ hoàn toàn meniscus bên trong.

Từ khóa

#meniscus #polycarbonate-urethane #osteoarthritis #sheep model #chondroprotective effects

Tài liệu tham khảo

Aagaard H, Jörgensen U, Bojsen-Möller F (1999) Reduced degenerative articular cartilage changes after meniscal allograft transplantation in sheep. Knee Surg Sports Traumatol Arthrosc 7:184–191 Adams M, Hukins D (1992) The extracellular matrix of the meniscus. In: Mow VC, Arnoczky S, Jackson D (eds) Knee meniscus: basic and clinical foundations. Raven Press, New York, NY, pp 15–28 Allen PR, Denham RA, Swan AV (1984) Late degenerative changes after meniscectomy. Factors affecting the knee after operation. J Bone Joint Surg Br 66:666–671 Appleyard RC, Burkhardt D, Ghosh P, Read R, Cake M, Swain MV, Murrell GA (2003) Topographical analysis of the structural, biochemical and dynamic biomechanical properties of cartilage in an ovine model of osteoarthritis. Osteoarthr Cartil 11:65–77 Bigsby RJA, Auger DD, Jin ZM, Dowson D, Hardaker CS, Fisher JA (1998) Comparative tribological study of the wear of composite cushion cups in a physiological hip joint simulator. J Biomechanics 32:363–369 Brophy RH, Cottrell J, Rodeo SA, Wright TM, Warren RF, Maher SA (2009) Implantation of a synthetic meniscal scaffold improves joint contact mechanics in a partial meniscectomy cadaver model. J Biomed Mater Res A 92:1154–1161 Buma P, van Tienen T, Veth R (2007) The collagen meniscus implant. Expert Rev Med Devices 4:507–516 Burger C, Kabir K, Mueller M, Rangger C, Minor T, Tolba RH (2006) Retropatellar chondromalacia associated with medial osteoarthritis after meniscus injury. One year of observations in sheep. Eur Surg Res 38:102–108 Burger C, Mueller M, Wlodarczyk P, Goost H, Tolba RH, Rangger C, Kabir K, Weber O (2007) The sheep as a knee osteoarthritis model: early cartilage changes after meniscus injury and repair. Lab Anim 41:420–431 Carlson CS, Guilak F, Vail TP, Gardin JF, Kraus VB (2002) Synovial fluid biomarker levels predict articular cartilage damage following complete medial meniscectomy in the canine knee. J Orthop Res 20:92–100 Chiari C, Koller U, Dorotka R, Eder C, Plasenzotti R, Lang S et al (2006) A tissue engineering approach to meniscus regeneration in a sheep model. Osteoarthr Cartil 14:1056–1065 Cole BJ, Carter TR, Rodeo SA (2002) Allograft meniscal transplantation: background, techniques, and results. J Bone Joint Surg Am 84:1236–1250 Elleuch R, Elleuch K, Salah B, Zahouani H (2007) Tribological behavior of thermoplastic polyurethane elastomers. Mater Des 28:824–830 Elliott DM, Jones R 3rd, Setton LA, Scully SP, Vail TP, Guilak F (2002) Joint degeneration following meniscal allograft transplantation in a canine model: mechanical properties and semiquantitative histology of articular cartilage. Knee Surg Sports Traumatol Arthrosc 10:109–118 Englund M, Lohmander LS (2004) Risk factors for symptomatic knee osteoarthritis fifteen to twenty-two years after meniscectomy. Arthritis Rheum 50:2811–2819 Haut Donahue TL, Hull ML, Rashid MM, Jacobs CR (2003) How the stiffness of meniscal attachments and meniscal material properties affect tibio-femoral contact pressure computed using a validated Finite Element Model of the human knee joint. J Biomech 36:19–34 Kelly BT, Robertson W, Potter HG, Deng XH, Turner AS, Lyman S et al (2007) Hydrogel meniscal replacement in the sheep knee: preliminary evaluation of chondroprotective effects. Am J Sports Med 35:43–52 Khan I, Smith N, Jones E, Finch DS, Cameron RE (2005) Analysis and evaluation of a biomedical polycarbonate urethane tested in an in vitro study and an ovine arthroplasty model. Part II: in vivo investigation. Biomaterials 26:633–643 Kobayashi M, Toguchida J, Oka M (2003) Preliminary study of polyvinyl alcohol-hydrogel (PVA-H) artificial meniscus. Biomaterials 24:639–647 Kohn D, Rudert M, Wirth CJ, Plitz W, Reiss G, Maschek H (1997) Medial meniscus replacement by a fat pad autograft. An experimental study in sheep. Int Orthop 21:232–238 Kon E, Chiari C, Marcacci M, Delcogliano M, Salter DM, Martin I et al (2008) Tissue engineering for total meniscal substitution: animal study in sheep model. Tiss Eng 14:1067–1080 LeRoux MA, Arokoski J, Vail TP, Guilak F, Hyttinen MM, Kiviranta I, Setton LA (2000) Simultaneous changes in the mechanical properties, quantitative collagen organization, and proteoglycan concentration of articular cartilage following canine meniscectomy. J Orthop Res 18:383–392 Little C, Smith S, Ghosh P, Bellenger C (1997) Histomorphological and immunohistochemical evaluation of joint changes in a model of osteoarthritis induced by lateral meniscectomy in sheep. J Rheumatol 24:2199–2209 Martinek V, Ueblacker P, Braun K, Nitschke S, Mannhardt R, Specht K et al (2006) Second generation of meniscus transplantation: in vivo study with tissue engineered meniscus replacement. Arch Orthop Trauma Surg 126:228–234 McDermott ID, Amis AA (2006) The consequences of meniscectomy. J Bone Joint Surg Br 88:1549–1556 McNickle AG, Wang VM, Shewman EF, Cole BJ, Williams JM (2009) Performance of a sterile meniscal allograft in an ovine model. Clin Orthop Relat Res 467:1868–1876 Milachowski KA, Weismeier K, Wirth CJ (1989) Homologous meniscus transplantation. Experimental and clinical results. Int Orthop 13:1–11 Noyes FR, Barber-Westin SD, Rankin M (2004) Meniscal transplantation in symptomatic patients less than fifty years old. J Bone Joint Surg Am 86:1392–1404 Oakley SP, Lassere MN, Portek I, Szomor Z, Ghosh P, Kirkham BW, Murrell GA, Wulf S, Appleyard RC (2004) Biomechanical, histologic and macroscopic assessment of articular cartilage in a sheep model of osteoarthritis. Osteoarthr Cartil 12:667–679 Pritzker KPH, Gay S, Jimenez SA, Ostergaard K, Pelletier JP et al (2006) Osteoarthritis cartilage histopathology: grading and staging. Osteoarthr Cartil 14:13–29 Scholes SC, Burgess IC, Marsden HR, Unsworth A, Jones E, Smith N (2006) Compliant layer acetabular cups: friction testing of a range of materials and designs for a new generation of prosthesis that mimics the natural joint. Proc Inst Mech Eng [H] 220:583–596 Scholes SC, Unsworth A, Blamey JM, Burgess IC, Jones E, Smith N (2006) Design aspects of compliant, soft layer bearings for an experimental hip prosthesis. Proc Inst Mech Eng [H] 219:79–87 Scholes SC, Unsworth A, Jones E (2007) Polyurethane unicondylar knee prostheses: simulator wear tests and lubrication studies. Phys Med Biol 52:197–212 Smith RA, Hallab NJ (2010) In vitro macrophage response to polyethylene and polycarbonate-urethane particles. J Biomed Mater Res Part A 93:347–355 Smith RA, Maghsoodpour A, Hallab NJ (2010) In vivo response to cross-linked polyethylene and polycarbonate-urethane particles. J Biomed Mater Res Part A 93:227–234 Szomor ZL, Martin TE, Bonar F, Murrell GAC (2000) The protective effects of meniscal transplantation on cartilage. J Bone Joint Surg Am 82:80–88 Tienen TG, Heijkants RG, de Groot JH, Pennings AJ, Schouten AJ, Veth RP et al (2006) Replacement of the knee meniscus by a porous polymer implant: a study in dogs. Am J Sports Med 34:64–71 Unsworth A, Roberts BJ, Thompson JC (1981) The application of soft layered lubrication to hip prostheses. J Bone Joint Surg 63B:297 van Arkel ER, de Boer HH (2002) Survival analysis of human meniscal transplantations. J Bone Joint Surg Br 84:227–231 Verdonk PC, Demurie A, Almqvist KF, Veys EM, Verbruggen G, Verdonk R (2005) Transplantation of viable meniscal allograft. Survivorship analysis and clinical outcome of one hundred cases. J Bone Joint Surg Am 87:715–724