Bioengineered Implantate für das Kiefergelenk: Studienprotokoll für eine zweiphasige explorative randomisierte präklinische Pilotstudie an 18 schwarzen Merinoschafen (TEMPOJIMS)

Zusammenfassung

Hintergrund: Präklinische Studien sind entscheidend, um wirksame Optionen zur Substitution des Kiefergelenk (TMJ) Diskus zu testen. Das gegenwärtige Fehlen einer idealen Behandlung für Patienten mit schweren TMJ-Störungen kann mit Schwierigkeiten in Bezug auf das geeignete Studiendesign zur Durchführung präklinischer Studien im TMJ-Bereich in Verbindung gebracht werden. Diese Schwierigkeiten können mit der Verwendung heterogener Tiermodelle, der Verwendung des kontralateralen TMJ als Kontrolle, dem Fehlen rigoroser randomisierter kontrollierter präklinischer Studien mit verblindeten Ergebnisevaluatoren und Schwierigkeiten bei der Einbeziehung multidisziplinärer Teams verbunden sein.

Ziel: Diese Studie zielt darauf ab, ein neues, reproduzierbares und effektives Studiendesign für die präklinische Forschung im TMJ-Bereich zu entwickeln, um rigorose Daten zu erhalten, die sich auf (1) die Identifizierung der Auswirkungen einer bilateralen Diskektomie bei schwarzen Merinoschafen, (2) die Identifizierung der Auswirkungen einer bilateralen Diskopexie bei schwarzen Merinoschafen und (3) die Identifizierung der Auswirkungen von drei verschiedenen bioengineering TMJ-Diskus bei schwarzen Merinoschafen beziehen.

Methoden: Es wird ein zweiphasiger explorativer randomisierter kontrollierter präklinischer Versuch mit verblindeten Ergebnissen vorgeschlagen. In der ersten Phase werden neun Schafe randomisiert in drei verschiedene chirurgische bilaterale Verfahren: bilaterale Diskektomie, bilaterale Diskopexie und Scheinoperation. In der zweiten Phase werden neun Schafe randomisiert, um bilaterale Tests mit drei verschiedenen bioengineering TMJ-Diskimplantaten durchzuführen. Das primäre Ergebnis ist die histologische Gradation des TMJ. Sekundäre Ergebnisse sind bildgebende Veränderungen, absolute Kaudauer, Wiederkäuzeit pro Zyklus, Wiederkäudynamik, Wiederkäugebiet und Schafgewicht.

Ergebnisse: Frühere präklinische Studien in diesem Bereich haben die kontralaterale, nicht operierte Seite als Kontrolle verwendet, verschiedene Tiermodelle von Mäusen bis hin zu einem Hunde-Modell, mit nicht randomisierten, nicht verblindeten und unkontrollierten Studiendesigns und begrenzten Ergebnismessungen. Das Hauptziel dieses explorativen präklinischen Protokolls ist es, einen neuen Standard für zukünftige präklinische Studien in der oromaxillofazialen Chirurgie, insbesondere im Bereich des TMJ, zu setzen, indem ein rigoroses Design bei schwarzen Merinoschafen vorgeschlagen wird. Die Autoren beabsichtigen auch, die Machbarkeit von Pilot-Ergebnissen zu testen. Die Autoren erwarten, die Qualität weiterer Studien in diesem Bereich zu erhöhen und Fortschritte bei zukünftigen Behandlungsoptionen für Patienten zu erzielen, die sich einer Operation zur TMJ-Diskersatz unterziehen.

Schlussfolgerungen: Die Studie hat begonnen, aber es ist zu früh, um Ergebnisse oder Schlussfolgerungen zu liefern.

Einführung

Das Kiefergelenk (TMJ) ist das am häufigsten verwendete Gelenk im menschlichen Körper. Das TMJ öffnet und schließt sich täglich 1500 bis 2000 Mal und ist für die alltäglichen Funktionen des Mundes unerlässlich, wie Kauen, Sprechen, Schlucken, Gähnen und Schnarchen, wobei eine spezielle zwingende Synergie beider Gelenkseiten erforderlich ist. Die TMJ-Scheibe ist ein wesentlicher Bestandteil des normalen TMJ und hat folgende Funktionen: (1) sie verteilt die intraartikuläre Last, (2) sie stabilisiert die Gelenke während der Translation und (3) sie verringert den Verschleiß der Gelenkfläche. Die Mehrheit der Kiefergelenkstörungen (TMD) wird erfolgreich mit reversiblen, konservativen und technologiearmen Behandlungen wie Bildung und Beratung, therapeutischen Übungen, Schienentherapie und Pharmakotherapie behandelt.

Wenn die TMJ-Scheibe verschoben, deformiert oder beschädigt ist, kann dies ernsthafte interne pathologische Prozesse und/oder Osteoarthritis auslösen. Derzeit haben Patienten, die unter schwerem TMD leiden, nur begrenzte validierte Behandlungsoptionen. Die meisten chirurgischen Ansätze, wie die TMJ-Diskektomie, stellen die strukturellen oder biologischen Eigenschaften des Gelenks und der Scheibe nicht wieder her. Dieses Verfahren ist möglicherweise nicht ideal, da das TMJ ohne eine wichtige funktionale Struktur zurückgelassen wird. Eine Vielzahl von Interpositionsmaterialien wurde verwendet, um die entfernten Scheiben zu ersetzen, einschließlich synthetischer Materialien, die aus Silikon, Teflon, Polytetrafluorethylen und biologischen Interpositionsgrafts aus verschiedenen anatomischen Stellen hergestellt wurden. Diese Interpositionsmaterialien berücksichtigen nicht die Anatomie sowie die biochemischen und biomechanischen Eigenschaften der natürlichen TMJ-Scheibe, und einige von ihnen wurden mit schweren Komplikationen für die Patienten in Verbindung gebracht. Ende der 1980er Jahre wurde festgestellt, dass Proplast/Teflon TMJ (synthetischer Interpositionsimplantat) bei vielen Patienten schädlich war. Der Abbau des Materials, wahrscheinlich verursacht durch hohe biomechanische Kräfte des TMJ, führte zu fragmentierten Partikeln, die eine immunologische Fremdkörperreaktion auslösten, die von schweren kutanen Entzündungsreaktionen im präaurikulären und Wangenbereich bis hin zu schwerer degenerativer Gelenkerkrankung mit Perforation in die mittlere Schädelgrube reichte. Das Ergebnis war ein dramatisches klinisches Spektrum von Misserfolgen für diese Implantate. Im Dezember 1991 empfahl das Bulletin der US-amerikanischen Food and Drug Administration die sofortige Entfernung aller vorherigen TMJ Proplast/Teflon-Implantate aufgrund mechanischer Fehler, von denen viele zu fortschreitender Knochendegeneration führten. In einem Workshop von 1992 wies die American Academy of Oral and Maxillofacial Surgery an, Proplast/Teflon einzustellen.

Das Fehlen wirksamer Optionen zur Substitution der Kiefergelenkscheibe kann mit Schwierigkeiten bei der Übertragung von tierischen Beweisen auf die klinische Praxis beim Menschen in Verbindung gebracht werden. Diese Einschränkungen stehen wahrscheinlich im Zusammenhang mit:

1. der Verwendung heterogener Tiermodelle mit widersprüchlichen Ergebnissen, möglicherweise aufgrund variabler Anatomie und intraartikulärer Belastung zwischen den Arten;

2. der Verwendung des kontralateralen Kiefergelenks als Kontrolle, was mit einer kontralateralen Überlastung verbunden sein kann;

3. den Biomaterialien, die zur Ersetzung der Scheibe verwendet werden, die die morphologischen und biomechanischen Eigenschaften der natürlichen Scheibe nicht berücksichtigen;

4. Fehlen von randomisierten kontrollierten Studien mit Verblindung der Outcome-Bewerter; und

5. Mangel an interdisziplinären Teams, die an dem Projekt beteiligt sind.

Die präklinische Forschung sollte die effektive Übersetzung von Wissen in die Praxis fördern. Die zuvor genannten Aspekte können die effektive Übersetzung von qualitativ hochwertigem wissenschaftlichem Wissen in die klinische Praxis einschränken und könnten potenzielle Probleme für Patienten, Kliniker und den wissenschaftlichen Fortschritt darstellen.

Das gegenwärtige Fehlen erfolgreicher Optionen zur Substitution des Kiefergelenkdisks ist nach wie vor ein großes Problem für die öffentliche Gesundheit. In den letzten zehn Jahren hat sich hinsichtlich der Studiendesigns für die Untersuchung des Kiefergelenks wenig geändert, und die Behandlung von Patienten mit schwerer Kiefergelenksdysfunktion bleibt umstritten. Das Hauptziel der Studie über Interpositionsmaterial für das Kiefergelenk (TEMPOJIMS) ist es, ein neues, reproduzierbares und effektives Studiendesign für die präklinische Forschung im Bereich des Kiefergelenks zu entwickeln. Das zweite Ziel ist es, im Bereich der Bioengineering und regenerativen Medizin Fortschritte zu erzielen, indem die Vorteile eines bioengineering Implantats für das Kiefergelenk zur Substitution des beschädigten nativen Kiefergelenkdisks bewertet werden. Diese präklinische explorative Studie ist in zwei Phasen unterteilt. Phase 1 dieser Studie ist eine verblindete randomisierte präklinische Studie, die darauf abzielt zu untersuchen, ob das Kiefergelenk bei bilateraler Diskektomie, bilateraler Diskopexie und Scheinoperation eine wesentliche Verletzung erleidet. Die Absichten von Phase 2 sind die Bewertung der Sicherheit und Wirksamkeit von drei verschiedenen bioengineering Implantaten für das Kiefergelenk unter Verwendung derselben strengen Methode wie in Phase 1.

Methoden

Studienaufbau

Die TEMPOJIMS ist eine explorative, randomisierte kontrollierte präklinische Studie in zwei Phasen, die geplant wurde, um vorläufige Informationen zu sammeln, um (1) ein neues Studiendesign zur Untersuchung des Kiefergelenks (TMJ) zu bewerten; (2) das Tiermodell der schwarzen Merinoschafe für die Untersuchung des TMJ zu bewerten; (3) das Verhalten des TMJ unter bilateraler chirurgischer Intervention (Diskektomie und Diskopexie) zu bewerten, wobei ein histologisches primäres Ergebnis (mikroskopische Bewertung destruktiver Veränderungen im TMJ unter Verwendung eines modifizierten Mankin-Bewertungssystems), ein sekundäres bildgebendes Ergebnis (bildgebende Bewertung des TMJ); (4) die Anwendbarkeit von pilotierenden sekundären Ergebnissen überwiegend für die Kinetik von Wiederkäuern zu testen; und (5) eine Basislinie für die Interpretation der Ergebnisse von bioengineering Implantaten für TMJ-Scheiben zu erhalten. Phase II zielt darauf ab, die Sicherheit und Wirksamkeit von drei verschiedenen bilateralen bioengineering TMJ-Scheibenimplantaten zu testen (Abbildung 1). Ergebnisbewertende und analysierende Personen sind bei chirurgischen Bewertungen verblindet.

Die wichtigsten Institutionen, die an dieser Studie beteiligt sind, sind (1) die Medizinische Fakultät Lissabon für Studiendesign, Koordination und statistische Analyse; (2) das Interdisziplinäre Zentrum für Forschung in der Tiergesundheit an der Fakultät für Veterinärmedizin für histologische Präparation und veterinärmedizinische Unterstützung aller Tiere; (3) das Zentrum für schnelle und nachhaltige Produktentwicklung für bioengineered Diskimplantate (Disk I und II); (4) Bioengineering, Chirurgie, Chemieingenieurwesen, Maschinenbau und Materialwissenschaft, Universität Pittsburgh, für bioengineered Diskimplantate (Disk III); (5) Abteilung für Mund-, Kiefer- und Gesichtschirurgie, Universitätskrankenhaus Infanta Cristina, Badajoz, Spanien, für chirurgische Unterstützung; (6) Institut für Knochen- und Gelenkforschung-Northern Sydney Local Health District-Sydney Medical School Northern, Universität Sydney, Australien, für histologische Analysen; und (7) Radiologieabteilung des Santa Maria Krankenhauses, Lissabon, Portugal, für bildgebende Analysen.

Tiermodell

Eine Vielzahl von Stämmen/Rassen von Schafen wurde in TMJ-Untersuchungen verwendet. Um die biologische Variabilität zu verringern, empfahlen die Autoren schwarze Merinoschafe als das Tiermodell für die Durchführung der Studie. Wie empfohlen, schlugen die Autoren vor, „skeletal reife Schafe“ im Alter von ≥2 Jahren zu verwenden. Die Einschlusskriterien sind zertifizierte schwarze Merinoschafe, erwachsen (Alter 2-5 Jahre), weiblich und in gutem Gesundheitszustand (eine tierärztliche Untersuchung wird bei allen Tieren durchgeführt). In Bezug auf die tierschutzrechtlichen Überlegungen wurde das Studiendesign von der portugiesischen Nationalbehörde für Tierschutz mit der Registrierungsnummer 026618 genehmigt. Das Studiendesign und die Organisation entsprechen den Richtlinien für die Berichterstattung über Tierversuche: Reporting of In Vivo Experiments (ARRIVE).

Basislinie und Nachuntersuchung

Die Basislinien- und Nachuntersuchungen sind zu bestimmten Zeitpunkten skizziert (Abbildung 2). Pilotsekundärausgänge und Gewicht werden an den Tagen 11, 10 und 9 vor der Operation gemessen (Details zu den Sekundärausgängen sind in den Ergebnismessungen aufgeführt). Der Transport zu den chirurgischen Einrichtungen erfolgt 5 Tage vor der Operation, um Stress für die Tiere zu vermeiden und eine Gewöhnung an die temporären Einrichtungen zu ermöglichen. Am Tag der Operation wird ein Kopf-Computertomographie (CT)-Scan durchgeführt, wobei die präanästhetische Sedierung genutzt wird. Zehn Tage nach der Operation werden die Tiere zu den Hauptanlagen von TEMPOJIMS transportiert. An den Tagen 19, 20 und 21 nach der Operation beginnen die Nachuntersuchungssekundärausgänge, alle 30 Tage über einen Zeitraum von 6 Monaten aufgezeichnet zu werden (Abbildung 2). Am Ende werden die Tiere getötet und ein neuer CT-Scan wird durchgeführt, um das bildgebende Ergebnis zu messen und mit der histologischen Vorbereitung zu beginnen.

Randomisierung, Zuteilung und Verblindung

Die Randomisierung wird von einer statistischen Gruppe durchgeführt, die nicht an den Ergebnisbewertungen beteiligt ist, geleitet von der Medizinischen Fakultät Lissabon. Die Zuteilung zu jeder randomisierten Gruppe erfolgt präoperativ durch versiegelte Umschläge und separat für Phase 1 und Phase 2 der Studie. Das chirurgische Team ist hinsichtlich der Behandlungszuweisung nicht verblindet, aufgrund der Art des Eingriffs; jedoch sind die Mitglieder des chirurgischen Teams nicht an den Ergebnisbewertungen beteiligt. Alle Ergebnisbewertenden sind verblindet gegenüber der Intervention. In Phase 1 werden 10 Schafe der Interventionsgruppe zugeteilt: Scheinoperation-Gruppe (n=3), Diskektomie-Gruppe (n=3), Diskopexie-Gruppe (n=3) und Backup-Gruppe (n=1). Das Backup-Schaf ist vorgesehen, falls der Tod aufgrund von Anästhesie oder einer anderen, nicht mit dem chirurgischen Eingriff verbundenen Komplikation eintritt. In Phase 2 werden 10 Schafe zufällig der Disk I-Gruppe (n=3), Disk II-Gruppe (n=3), Disk III-Gruppe (n=3) und Backup-Gruppe (n=1) zugewiesen (Abbildung 1).

Interventionsphase

Anästhesieprotokoll

Fasten und Flüssigkeitsbeschränkung sind 24 Stunden vor der Operation erforderlich. Die Sedierung erfolgt mit Diazepam (0,5 mg/kg iv), gefolgt von der Anästhesieeinleitung mit Ketamin (5 mg/kg iv). Eine orale Intubation wird durchgeführt und die Anästhesie wird mit Isofluran (1,5% bis 2%) aufrechterhalten. Um die Analgesie des Tieres sicherzustellen, wird Meloxicam (0,5 mg/kg iv, zweimal täglich) am Operationstag und während 4 Tagen postoperativ verabreicht. Eine antibiotische Prophylaxe mit Amoxicillin und Clavulansäure wird für 5 Tage eingesetzt.

Chirurgisches Interventionsprotokoll für Phase 1 und 2

Phase 1

Bilateral Diskektomie (n=3): unter Allgemeinanästhesie führt das chirurgische Team einen präaurikulären Hautschnitt und eine stumpfe Dissektion des Weichgewebes, das das Gelenk bedeckt, durch. Der Gelenkbereich wird freigelegt und die Gelenkkapsel wird eingeschnitten. Die Bandscheibe und ihre Befestigungen werden identifiziert. Die mediale, anteriore, posteriore und laterale Befestigungen der Bandscheibe werden gelöst und die Diskektomie wird durchgeführt. Die Wunde wird schichtweise geschlossen.

Bilateral Discopexie (n=3): unter Allgemeinanästhesie führt das chirurgische Team einen präaurikulären Hautschnitt durch und eine stumpfe Dissektion des Weichgewebes, das das Gelenk bedeckt. Der Gelenkbereich wird freigelegt und die Gelenkkapsel wird eingeschnitten. Die Scheibe und ihre Befestigungen werden identifiziert. Die lateralen und hinteren Befestigungen der Scheibe werden abgetrennt und mit Poly- p-Dioxanon (PDS) 3/0 genäht. Die Wunde wird schichtweise geschlossen.

Scheinoperation (n=3): unter Allgemeinanästhesie wird das chirurgische Team einen präaurikulären Hautschnitt durchführen und eine stumpfe Dissektion des Weichgewebes, das das Gelenk bedeckt. Die Kapsel wird nicht eingeschnitten. Die Wunde wird schichtweise geschlossen.

Phase 2

Scheibe I (n=3): unter Allgemeinanästhesie führt das chirurgische Team einen präaurikulären Hautschnitt durch und eine stumpfe Dissektion des Weichgewebes, das das Gelenk bedeckt. Der Gelenkbereich wird freigelegt und die Gelenkkapsel wird eingeschnitten. Die Scheibe und ihre Befestigungen werden identifiziert. Die medialen, anterioren, posterioren und lateralen Befestigungen der Scheibe werden abgetrennt und eine Diskektomie wird durchgeführt. Die Scheibe I wird in den Gelenkraum eingeführt und an den lateralen Befestigungen genäht. Die Wunde wird schichtweise geschlossen. Scheibe I wird ein alternatives Biomaterial sein und aus intellektuellen Gründen kann es in diesem Papier nicht offenbart werden.

Disk II (n=3): unter Allgemeinanästhesie führt das chirurgische Team einen präaurikulären Hautschnitt durch und eine stumpfe Dissektion des Weichgewebes, das das Gelenk bedeckt. Der Gelenkbereich wird freigelegt und die Gelenkkapsel wird eingeschnitten. Der Diskus und seine Befestigungen werden identifiziert. Die medialen, anterioren, posterioren und lateralen Diskusbefestigungen werden abgetrennt und eine Diskektomie wird durchgeführt. Der Disk II wird in den Gelenkraum eingeführt und an den lateralen Befestigungen genäht. Die Wunde wird schichtweise geschlossen. Disk II wird ein poröses Poly(glycerol sebacate) (PGS) Gerüst sein, das mit Polycaprolacton (PCL) verstärkt ist.

Disk III (n=3): unter Allgemeinanästhesie führt das chirurgische Team einen präaurikulären Hautschnitt durch und eine stumpfe Dissektion des Weichgewebes, das das Gelenk bedeckt. Der Gelenkbereich wird freigelegt und die Gelenkkapsel wird eingeschnitten. Der Diskus und seine Befestigungen werden identifiziert. Die medialen, anterioren, posterioren und lateralen Diskusbefestigungen werden abgetrennt und eine Diskektomie wird durchgeführt. Der Disk III wird in den Gelenkraum eingeführt und an der lateralen Befestigung genäht. Die Wunde wird schichtweise geschlossen. Disk III wird ein poröses PGS-Gerüst sein, das nach einem modifizierten Salzschmelzverfahren hergestellt wird. Kurz gesagt, werden gemahlene Salzkristalle (150 mg) mit einer Größenordnung von 25 bis 32 µm in eine 3-D-gedruckte Form eingelegt. Die Form wird für 1 Stunde in einen Inkubator bei 37°C und 90% relativer Luftfeuchtigkeit überführt. Die verschmolzenen Vorlagen der Salzkristalle werden über Nacht in einem Vakuumofen bei 90°C und 100 Millitorr (mTorr getrocknet), wobei der Salzblock vorsichtig aus der Form entfernt wird, bevor die weitere Verarbeitung erfolgt. Frisch hergestelltes PGS, das in Tetrahydrofuran (THF; 20 Gew.-%, 380 µL, Salz:PGS=2:1) gelöst ist, wird dem Salzblock hinzugefügt, und das THF darf für 30 Minuten vollständig in einem Abzug verdampfen. Der Salzblock wird in einen Vakuumofen überführt und bei 150°C und 100 mTorr für 24 Stunden ausgehärtet. Die resultierenden PGS-imprägnierten Salzvorlagen werden 4 Stunden in deionisiertem Wasser eingeweicht und dann für 4 Stunden durch Wasser ersetzt, wobei alle 4 Stunden während der ersten 12 Stunden ein Wasserwechsel erfolgt. Nach dem 12-stündigen Wasserbad werden die Gerüste für weitere 24 Stunden in deionisiertes Wasser überführt, wobei alle 8 Stunden ein Wasserwechsel erfolgt. Die resultierenden Gerüste werden bei –80°C eingefroren und dann wird der Lyophilisationsprozess angewendet.

Zehn Tage für die Genesung sind für die Wundversorgung und postoperative Medikation vorgesehen (siehe Abbildung 2).

Ergebnismaße

Das primäre Ergebnis ist die mikroskopische Bewertung der destruktiven Veränderungen im Kiefergelenk (TMJ) unter Verwendung eines modifizierten Mankin-Bewertungssystems. Sekundäre Ergebnisse sind die bildgebende Bewertung der destruktiven Veränderungen im TMJ, die absolute Kaudauer, die Wiederkäuzeit pro Zyklus, die Wiederkäudynamik, die Wiederkäuareal und das Körpergewicht der Schafe. Primäre und sekundäre Ergebnisparameter sind detaillierter in Abbildung 3 aufgeführt.

Primäres Ergebnis

Das Ziel ist die Bewertung der histologischen Gradierung von destruktiven Veränderungen des Kiefergelenks (TMJ). Der Zeitpunkt ist 6 Monate nach der chirurgischen Intervention.

Sechs Monate nach der Operation wird das Kiefergelenk mit einer Nekropsie-Knochensäge gemäß den folgenden anatomischen Referenzen entfernt: kranial (kraniale Seite des koronalen Prozesses im Verbindungsbereich des zygomatischen Prozesses), kaudal (außerhalb des Gehörgangs), dorsal (Referenz wird am squamosen Schläfenbein festgelegt) und ventral (Referenz wird 2 cm unterhalb des Gehörgangs im Bereich des stylohyoiden Winkels fixiert). Die Gelenke werden 24 Stunden lang in 10% gepuffertem Formalin fixiert und in 70% Ethanol aufbewahrt. Die Entkalkung erfolgt durch Eintauchen in 10% Ameisensäure in 5% Formalin für bis zu 20 Tage, wonach die Gelenke sagittal durch den gesamten Kondylus geschnitten werden. Nach der Entkalkung werden die TMJ-Gelenke in drei abgestuften Mischungen aus Methylsalicylat/Paraffin eingetaucht und sagittal vom lateralen in den zentralen Teil des TMJ geschnitten. Histologische Schnitte werden an das Sydney Institute of Bone and Joint Research zur histologischen Bewertung unter Verwendung eines modifizierten Mankin-Bewertungssystems gesendet. Diese Bewertung wird unabhängig von zwei Histologen durchgeführt und klassifiziert, die über die Intervention im Unklaren sind. Ein dritter Histologe fungiert als Schiedsrichter im Falle von Abweichungen.

Sekundäre Ergebnisse

Die bewerteten Merkmale sind Bildanalyse, absolute Kaudauer, Wiederkäuzeit pro Zyklus, Wiederkäuermotorik, Wiederkäuerfläche und Schafgewicht (siehe Multimedia-Anhänge 1 und 2). Der Zeitpunkt ist jeden Monat nach der chirurgischen Intervention über insgesamt 6 Monate.

Um sekundäre Ergebnisse zu messen, wurde ein spezieller Käfig gebaut (siehe Abbildung 4) mit einem Frontfenster und einem Futterspender.

Bildanalyse: präoperative CT wird an allen Schafen durchgeführt. Nach der Tötung der Tiere werden die Kiefergelenkblöcke mit CT gescannt und die Bildbewertung erfolgt anhand der in Tabelle 1 beschriebenen Kriterien und Punkte.

Diese Bewertung wird unabhängig von zwei erfahrenen Radiologen durchgeführt und klassifiziert, die über die Intervention nicht informiert sind. Ein dritter Radiologe fungiert als Schiedsrichter im Falle von Unstimmigkeiten.

Absolute Kaudauer: unter Berücksichtigung des Flussdiagramms (Abbildung 2), werden um 9:00 Uhr die Tiere in Einzelkäfige gesetzt. Eine Dosis von 150 Gramm Trockenpellets (Rico Gado A3) wird in den Futterspender eingeführt und die Zeit bis sie alle Pellets gefressen haben, wird mit einem Chronometer gemessen (siehe Multimedia-Anhang 1).

Wiederkäuzeit pro Zyklus: unter Berücksichtigung des Zeitplans (Abbildung 2), zeichnen wir 15 wiederkäuende Zyklen ungefähr 4 Stunden nach der Fütterung mit 150 Gramm auf. Wir verwenden eine Canon 7D Videokamera und Bilder mit 25 Bildern pro Sekunde. Dann wird die Anzahl der Bilder pro Zyklus durch 25 geteilt, um die Zeit in Sekunden pro Zyklus zu erhalten (siehe Multimedia-Anhang 2).

Ruminantenkinetik: Wir verwenden die Software Foundry Nuke (2D-Tracking), um das ruminatorische Tracking durchzuführen und den Durchschnitt des ruminatorischen Zyklus zu erhalten. Mit der Software After Effects , konvertieren wir das 2D-Tracking in eine geometrische Form (siehe Multimedia-Anhang 2).

Ruminantenbereich: Wir bestimmen den Durchschnitt von 15 Zyklen und erstellen eine geometrische Form. Mit der Software Image J, führen wir eine quantitative Messung in Pixeln des durchschnittlichen Ruminantenbereichs durch.

Gewicht: Laut dem Zeitplan werden die Schafe nach dem Fressen von 150 Gramm Trockenpellets gewogen (siehe Multimedia-Anhang 1).

Alle Bewertungen werden von Forschern durchgeführt, die über den chirurgischen Eingriff im Unklaren sind.

Statistische Analysen

Alle statistischen Analysen werden mit der SPSS-Version 22 (IBM Corp, Armonk, NY, USA) durchgeführt. Eine Querschnittsanalyse wird durchgeführt, um die Ergebnisvariablen in den drei Ebenen der unabhängigen Variablen vor und nach der randomisierten Zuweisung zur Behandlungsgruppe zu vergleichen. In den Querschnittsanalyse wird eine einwegige Varianzanalyse (ANOVA) durchgeführt, nachdem alle Annahmen getestet wurden. Für die Längsschnittanalyse wird eine einwegige ANOVA mit wiederholten Messungen durchgeführt, wobei die Beobachtungen nach der Operation (Monate 1 bis 6) als innerhalb der Subjekte liegende Effekte betrachtet werden. Der Fisher-Test für die kleinste signifikante Differenz wird als post hoc-Test durchgeführt, um signifikante Unterschiede zwischen den verschiedenen Behandlungen zu überprüfen.

Berichterstattung über unerwünschte Ereignisse

Unerwünschte Ereignisse, die mit der Studie in Zusammenhang stehen, werden berücksichtigt, einschließlich (1) Anästhesieereignisse: idiopathischer Tod, Pneumothorax, andere Komplikationen im Zusammenhang mit der Anästhesie; (2) chirurgische Technik: massive Blutungen, Kondylenfraktur, andere Komplikationen im Zusammenhang mit der chirurgischen Technik; und (3) postoperative Ereignisse: Kiefergelenksinfektion, Nahtdehiszenz, Appetitlosigkeit, Gesichtslähmung, verminderte Ruminierung, Gewichtsabnahme.

Diskussion

Diese Studie untersucht die Auswirkungen und Nebenwirkungen von (1) bilateraler Diskektomie, (2) bilateraler Diskopexie und (3) bioengineering Diskimplantaten. Obwohl diese präklinische Studie hauptsächlich als Pilotstudie dienen wird, erwarten wir, ein besseres Verständnis der morphologischen und histologischen Veränderungen im Kiefergelenk (TMJ) und deren Auswirkungen auf die Kaudynamik zu gewinnen.

Bisher sind die Ergebnisse zur Diskektomie widersprüchlich. Frühere präklinische Studien in diesem Bereich haben die kontralaterale, nicht operierte Seite als Kontrolle verwendet und verschiedene Tiermodelle von Mäusen bis hin zu einem Hundemodell eingesetzt. Die Verwendung der kontralateralen Seite als Kontrolle kann unangemessen sein, wenn man den Einfluss der kontralateralen Überlastung berücksichtigt. Theoretisch erwarten wir, diese Verzerrung durch einen bilateralen Ansatz zu reduzieren. Die Variabilität der Tiere in den verschiedenen Studien ist eine Warnung hinsichtlich der Bedeutung der Verwendung desselben Tiermodells in weiteren Studien zu TMJ-Implantatuntersuchungen. Daher hat unsere Gruppe eine vorherige Studie durchgeführt, die schwarze Merinoschafe als vielversprechendes Tiermodell für Studien zu TMJ-Diskimplantaten, TMJ-Prothesen und dem Modell der TMJ-Osteoarthritis betrachtet. Um die Qualität von TEMPOJIMS zu erhöhen, werden die Autoren eine Kontrollgruppe mit Scheinoperationen verwenden.

Wir erwarten, wertvolle Informationen zur Phase-1-Discopexie-Gruppe zu erhalten, ob der chirurgische Ansatz intraartikuläre Schäden fördert. Dies kann zukünftige Schlussfolgerungen darüber verbessern, ob mögliche Schäden der Intervention selbst und nicht dem TMJ-Implantat zuzuschreiben sind. Diese Frage ist wichtig, da ein chirurgischer Ansatz zur Platzierung von TMJ-Implantaten in Phase 2 erforderlich sein wird. Nochmals, die Verwendung eines bilateralen Eingriffs könnte einen möglichen Bias reduzieren.

Die meisten präklinischen Studien haben sich auf grobe morphologische/histologische Bewertungen konzentriert und waren nicht darauf ausgelegt, die grundlegenden veränderten Gelenkbewegungen (Kinetik) oder funktionalen Konsequenzen zu charakterisieren. In dieser Studie schließen wir pilotartige sekundäre Ergebnisse ein, um Veränderungen in der Kinetik von Wiederkäuern zu bewerten. Wir erwarten, die primären mit den sekundären Ergebnissen zu korrelieren, um zu verstehen, ob sie in zukünftigen TMJ-Studien verwendet werden können. Es könnte interessant sein, mehrere Punkte zu verstehen:

1. Gibt es Unterschiede in der Kaudauer zwischen den Diskusgruppen und der Diskektomie sowie der Diskopexie?
2. Gibt es eine Korrelation zwischen histologischen und bildgebenden sowie kinetischen Ergebnissen?
3. Ändert sich der Wiederkäugebereich und die Geometrie bei unterschiedlichen Eingriffen?
4. Gibt es einen Unterschied in der Wiederkäugebilanz zwischen den Diskusgruppen und der Diskektomie sowie der Diskopexie?
5. Beschleunigen TMJ-Implantate die Osteoarthritis?

In Bezug auf Phase 2 ist die Wahl des Biomaterials entscheidend. Das TMJ-Implantat wird in einer mechanischen, stressbelasteten Umgebung mit einer begrenzten Blutversorgung exponiert, die die Zellmigration und die in situ Regeneration einschränken kann. Das Testen von drei verschiedenen bioengineering Discs in vivo und die Korrelation des in vitro Verhaltens mit dem in vivo Verhalten kann die bioengineering Strategien erheblich verbessern, um ein sicheres und wirksames TMJ-Diskusimplantat für Menschen zu erreichen.

Die Hauptstärke dieser Studie ist das vorgeschlagene Tiermodell; die beschriebenen konventionellen und Pilot-Ergebnisse; das Studiendesign mit einer randomisierten, verblindeten und placebokontrollierten Gruppe; sowie die Verwendung bilateraler chirurgischer Verfahren. Mögliche Einschränkungen der Studie umfassen die relativ kleine Stichprobengröße. Wenn diese Studie die Durchführbarkeit des vorgeschlagenen Protokolls und die anfängliche Wirksamkeit der geplanten TMJ-Diskimplantate bestätigt, wäre eine größere präklinische Studie gerechtfertigt, um die Wirksamkeit dieser Disks weiter zu bestimmen und die Übertragung tierischer Beweise in die klinische Praxis beim Menschen zu fördern.

Autoren: David Faustino Ângelo, Florencio Gil Monje, Raúl González-García, Christopher B Little, Lisete Mónico, Mário Pinho, Fábio Abade Santos, Belmira Carrapiço, Sandra Cavaco Gonçalves, Pedro Morouço, Nuno Alves, Carla Moura, Yadong Wang, Eric Jeffries, Jin Gao, Rita Sousa, Lia Lucas Neto, Daniel Caldeira, Francisco Salvado

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