6.615.3.3 Sostituzione totale del disco
Esiste una somiglianza tra l’IVD e un pneumatico con l’aria del pneumatico rappresentata dal NP e la gomma rinforzata con cinghia d’acciaio rappresentata dall’AF. Inoltre, questa somiglianza può essere estesa anche alla riparazione dell’IVD., In certe situazioni, sarà vantaggioso riempire l’aria del pneumatico (sostituzione nucleare); in altre situazioni, si può essere in grado di rattoppare un foro nel pneumatico (riparazione AF) e, infine, ci sono momenti in cui l’intero pneumatico deve essere sostituito (TDR). È la situazione finale, in cui l’herniation o la degenerazione dell’AF è abbastanza avanzata che un solo approccio NP o AF non può essere efficace. È per questo motivo che TDR è attualmente oggetto di indagine.,
La TDR artificiale è stata recentemente introdotta nella pratica clinica negli Stati Uniti con l’approvazione della FDA del dispositivo Charité precedentemente discusso nel 2004. L’idea di un disco composito a base di tessuto è stata introdotta con la pubblicazione del primo disco composito ingegnerizzato intorno allo stesso tempo.53 L’idea che l’intera IVD possa essere sostituita da una struttura tissutale è ambiziosa a causa della struttura complessa della IVD; tuttavia, i primi studi hanno mostrato promettenti proprietà ECM e meccaniche con un composito PLA/PGA/alginato., I principali criteri di progettazione nello sviluppo di una sostituzione totale del disco ingegnerizzata dal tessuto (TE-TDR) sono (1) progettare un disco in grado di sopportare il carico meccanico complesso una volta impiantato, (2) può ricreare la funzione meccanica dell’IVD, (3) può integrarsi con i tessuti nativi e (4) può sopravvivere e svilupparsi nello spazio del disco privo di nutrienti. Questi criteri di progettazione sono complessi e sono anche in competizione., Lo sviluppo di un disco meccanicamente rigido progettato per resistere al carico complesso avrà probabilmente proprietà di bassa permeabilità e potrebbe rendere difficile ottenere un trasporto di nutrienti sufficiente in tutto il disco nell’ambiente a basso contenuto di nutrienti. Al contrario, un disco altamente permeabile in grado di fornire un migliore trasporto dei nutrienti sarà meno rigido e potrebbe avere problemi a sopportare i carichi meccanici. Attualmente, non si sa quale sarà il corretto equilibrio di queste proprietà concorrenti in un TE-TDR di successo.,
Ad oggi, solo quattro disegni e cinque articoli sono stati pubblicati su TE-TDRs. Questi TE-TDR includono un composito PGA/PLA (AF)/alginato (NP), 53,54 un composito elettrospun PLLA (AF)/acido ialuronico (NP), 82 un composito di gel di collagene contratto (AF)/alginato (NP), 88 e un composito elettrospun PCL (AF) / agarosio (NP).91 La selezione cellulare per questi costrutti è stata costituita da cellule IVD ovine, MSC bovine o MSC umane. La selezione del materiale per ogni tentativo ha utilizzato un idrogel per il NP, con una tendenza verso l’aumento dell’organizzazione gerarchica nella regione AF (Tabella 4).,
Tabella 4. Sostituzione totale del disco con tecnologia tissue
Mizuno et al.53,54 | Nesti et al.82 | Bowles et al.92 | Nerurkar et al., ovine AF | AF – bovine MSC | |
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NP – ovine NP | NP – human MSC | NP – ovine NP | NP – bovine MSC | ||
Organization | Composite disc | Composite disc with nanofibers of similar diameter to collagen | Composite disc with circumferentially aligned collagen fibrils in AF | Composite disc with multilamellar AF and alternating nanofiber alignment (±30°) |
The first TE-TDR to be attempted was the PGA/PLA/alginate composite., Il costrutto è stato seminato con cellule NP e AF ovine nelle rispettive regioni del disco. L’idrogel di alginato ha fornito un ambiente NP-simile che ha mantenuto la morfologia arrotondata delle cellule NP una volta incapsulate. La regione AF di PGA / PLA forniva la morfologia lorda dell’AF ma non conteneva alcuna organizzazione inerente all’AF nativo (Figura 4(a)). Gli scaffold sono stati impiantati per via sottocutanea nella parte posteriore di un topo atimico per 4 mesi e hanno prodotto una composizione di proteoglicani simile a quella del nativo nell’AF e nell’NP., I costrutti hanno prodotto collagene vicino a livelli nativi nell’AF ma non nell’NP dove ha sviluppato il 10% dei valori nativi. Il collagene prodotto è stato correttamente localizzato con un aumento del collagene di tipo I nell’AF e del tipo II nell’NP. Inoltre, le proprietà meccaniche di compressione erano simili a quelle della pecora nativa IVD. Nel complesso, questi studi hanno dimostrato la fattibilità di sviluppare un TE-TDR che imitasse le proprietà compositive e compressive dell’IVD nativo., Tuttavia, con la mancanza di organizzazione e architettura nell’AF e il mancato test dei dischi in tutt’altro che compressione, non è chiaro se questo design potesse imitare le proprietà torsionali e di flessione dell’IVD nativo (vedere Capitolo 5.509, Incapsulamento delle celle).