ヤギモデルにおけるポリエーテルケトン/ケイ酸カルシウム/多孔質のタンタルケージのボディ間融合効果と生体適合性の評価

目的：ポリエーテルケトン/ケイ酸カルシウムコンポジット/多孔質タンタル（Peek/CS/PTAケージ）で作られた移植片のないケージの融合間融合の有効性と生体適合性を評価すること。。 方法：PEEK/CS/PTAおよびPEEK/CSケージは、噴射方法を介して調製されました。ピーク/CS複合材料と多孔質タンタルは、フーリエ変換赤外線分光法（FTIR）、X線光電子分光法（XPS）、X線回折（XRD）、走査型電子顕微鏡（SEM）、およびエネルギー分離型分光法（EDSSSSSSS）によって特徴付けられました。） マッピング。次に、前頸部アプローチを介してC2/C3およびC3/C4の椎間板切除術のために成体ヤギを選択し、Peek/CS/PTAおよびPeek/CS/Cagesを自己骨移植片でランダムに移植しました。ケージの融合性能とオッセオインテグレーションは、X線イメージング、磁気共鳴イメージング（MRI）スキャン、および骨組織形態計測分析によって評価されました。さらに、尿、血清、融合セグメントの周りの組織、およびヤギの主要な臓器のcaおよびSiの濃度は、誘導結合血漿光学放出分光法（ICP-OE）によって決定されました。ヤギの主要な臓器の組織学的観察を使用して、PEEK/CS/PTAおよびPEEK/CSケージのバイオセーフティを評価しました。 結果：X線とMRIイメージングは、ピーク/CS/PTAケージとピーク/CSケージの両方が同様の平均椎間板の高さを維持することを示唆しました。融合領域の組織体積は、手術後26週間で2つのケージのグループ間で匹敵しました。組織学的形態計測データは、12週間と26週間で、自家骨移植片を含むピーク/CS/PTAケージとピーク/CSケージが同様の骨接触とオッセオインテグレーションを持っていることを示しました。血清、尿、脊髄、硬膜物質、骨、骨、および臓器の元素測定により、CS/Peekケージは、移植後の局所組織およびヤギの主要な臓器におけるカルシウムおよびシリコンの異常な全身代謝または蓄積を引き起こさないことが示されました。心臓、肝臓、脾臓、肝臓または腎臓組織に明らかな病理学的変化は見られませんでした。 結論：全体として、これらの結果は、移植片のないピーク/CS/PTAケージが、自己骨移植片でピーク/CSケージに同様の骨融合性能を示したことを示唆しました。カルシウムとシリコンを放出するケージは、in vivoで良好な生物学的安全性を持っていました。この記事の翻訳の可能性：この研究は、潜在的なドナーサイトの合併症を回避する可能性のある変性椎間板疾患の患者に、新しい移植片のない体間融合ソリューションを提供しました。この研究は、in vivoにおけるcaおよびSiの元素排泄と蓄積の詳細な評価も提供し、この新しいタイプの生物活性型核融合ケージのバイオセーフティを検証しました。

OBJECTIVE: To evaluate the interbody fusion efficacy and biocompatibility of a graft-free cage made of polyetheretherketone/calcium silicate composite/porous tantalum (PEEK/CS/pTa cage) compared with a PEEK/CS cage with an autogenous bone graft in a goat model. METHODS: PEEK/CS/pTa and PEEK/CS cages were prepared through an injection-moulding method. The PEEK/CS composites and porous tantalum were characterized by Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR), X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), X-ray diffraction (XRD), scanning electron microscopy (SEM), and energy-dispersive spectroscopy (EDS) mapping. Then, adult goats were chosen for C2/C3 and C3/C4 discectomy via the anterior cervical approach and randomly implanted with PEEK/CS/pTa and PEEK/CS/cages with autogenous bone grafts. The fusion performance and osseointegration of the cages were evaluated by X-ray imaging, magnetic resonance imaging (MRI) scanning, and bone histomorphometry analysis. Moreover, the concentrations of Ca and Si in urine, serum, tissue around the fusion segments and major organs of the goats were determined by inductively coupled plasma-optical emission spectrometry (ICP-OES). Histological observation of major organs of the goats was used to evaluate the biosafety of PEEK/CS/pTa and PEEK/CS cages. RESULTS: X-ray and MRI imaging suggested that both PEEK/CS/pTa cages and PEEK/CS cages maintained similar average intervertebral space heights. The tissue volumes in the fusion area were comparable between the two groups of cages at 26 weeks after surgery. Histological morphometric data showed that PEEK/CS/pTa cages and PEEK/CS cages with autogenous bone grafts had similar bone contact and osseointegration at 12 and 26 weeks. Element determination of serum, urine, spinal cord, dura matter, bone and organs showed that the CS/PEEK cages did not cause abnormal systemic metabolism or accumulation of calcium and silicon in local tissues and major organs of goats after implantation. No obvious pathological changes were found in the heart, liver, spleen, liver or kidney tissues. CONCLUSION: Overall, these results suggested that the graft-free PEEK/CS/pTa cage showed similar bony fusion performance to the PEEK/CS cages with autogenous bone grafts. The cages releasing calcium and silicon had good biological safety in vivo.The translational potential of this article: This study provided a new graft-free interbody fusion solution to patients with degenerative disc diseases, which could avert potential donor-site complications. This study also provided a detailed assessment of element excretion and accumulation of Ca and Si in vivo, which validated the biosafety of this new type of bioactive interbody fusion cage.