MARC

 008250123s2024        us                              c    eng  d
■001000017160902
■00520250211151133
■006m          o    d                
■007cr#unu||||||||
■020    ▼a9798382320595
■035    ▼a(MiAaPQ)AAI31147896
■040    ▼aMiAaPQ▼cMiAaPQ
■0820  ▼a610
■1001  ▼aSpack,  Katherine  Anne  Finney.
■24510▼aAseptic  Machining  of  Live  Bendable  Osteochondral  Allografts  for  Articular  Surface  Remodeling
■260    ▼a[Sl]▼bColumbia  University▼c2024
■260  1▼aAnn  Arbor▼bProQuest  Dissertations  &  Theses▼c2024
■300    ▼a168  p
■500    ▼aSource:  Dissertations  Abstracts  International,  Volume:  85-10,  Section:  B.
■500    ▼aAdvisor:  Ateshian,  Gerard;Hung,  Clark.
■5021  ▼aThesis  (Ph.D.)--Columbia  University,  2024.
■520    ▼aYoung  patients  diagnosed  with  post-traumatic  osteoarthritis  (PTOA)  face  significant  hurdles  to  restoring  pain-free  joint  function.  While  surgical  interventions  exist  for  replacing  damaged  cartilage,  few  are  able  to  offer  complete  replacement  of  the  articular  surface  with  a  bearing  material  that  maintains  the  longevity  and  mechanical  properties  of  native  articular  cartilage  necessary  to  prevent  the  need  for  costly  and  painful  revision  procedures.  Osteochondral  allograft  technology  has  begun  to  address  this  need  by  allowing  surgeons  to  resurface  constrained  small  to  medium  articular  defects  with  live  tissue-bank-sourced  cartilage  tissue  explants.  A  primary  limitation  surgeons  face  when  choosing  osteochondral  allotransplantation  to  treat  large  articular  surface  deficits  is  the  scarcity  of  high-quality  live  explant  tissue  with  sufficient  congruence  to  fully  restore  the  biomechanical  function  in  the  affected  joint.  This  dissertation  asserts  that  augmentation  of  native  tissues  donated  to  tissue  banks  is  a  promising  strategy  for  providing  more  physiologically  appropriate  tissue  replacements  for  patients  with  PTOA,  providing  significant  symptomatic  relief  and  allowing  young  patients  to  delay  or  prevent  invasive  total  joint  arthroplasty  treatments.This  dissertation  aims  to  improve  treatment  modalities  for  this  patient  population  by  developing  a  surgical  technique  that  enables  adaptive  reshaping  of  the  articular  surface  of  donor  osteochondral  tissue  explants.  The  driving  hypothesis  of  this  dissertation  is  that  osteochondral  allografts  that  conform  better  to  the  opposing  articular  surface  result  in  better  clinical  outcomes  than  those  with  lesser  congruence  with  the  native  joint.  The  corollary  hypothesis  is  that  better  conformity  may  be  achieved  by  providing  some  measure  of  bending  flexibility  to  the  allograft,  using  streamlined  tissue  processing  procedures  to  cut  grooves  in  the  bony  substrate.  To  address  these  needs,  we  first  developed,  implemented,  and  validated  the  technology  for  milling  grooves  on  the  back  of  large  human  and  canine  osteochondral  allografts.  This  resulted  in  the  development  of  a  process  for  milling  grooves  in  patellar  osteochondral  samples  using  a  computer-numerically  controlled  3-axis  milling  machine.  Sample-specific  spatial  information  was  captured  within  machining  fixtures  to  generate  machining  paths.  The  curvature  of  human  and  canine  osteochondral  allografts  was  captured  using  a  laser  scanning  system  to  fit  B-Spline  surfaces  and  generate  articular  curvature  maps  for  the  modified  allografts.We  hypothesize  that  due  to  the  surface  modification  enabled  by  the  bending  method,  bendable  osteochondral  allografts  may  provide  better  curvature  matching  for  patella  transplants  in  the  patellofemoral  joint.  We  used  a  cadaveric  knee  joint  model  to  investigate  patellofemoral  joint  congruence  for  unbent  and  bendable  osteochondral  allografts  at  various  flexion  angles.  Shell  and  bendable  allografts  were  machined  from  donor  human  patellae  and  inserted  into  the  patellofemoral  joint  space  of  five  knee  joints,  creating  25  femur-patella  osteochondral  allograft  pairings.  Patellofemoral  joints  with  either  shell  or  bendable  allografts  were  loaded  at  15-degree  increments  from  15  to  90  degrees  flexion,  and  the  resultant  patellofemoral  joint  contact  area  was  measured  and  compared  against  the  native  patellofemoral  contact  areas.  On  average,  no  significant  difference  in  contact  area  was  found  between  native  patellofemoral  joints  and  OCAs  or  BOCAs,  indicating  that  both  types  of  allografts  restored  native  congruence.  This  result  aligned  with  prior  computational  models  of  the  behavior  of  bendable  and  shell  allografts  in  the  patellofemoral  joint.  This  finding  suggests  that  future  investigations  of  the  benefits  of  BOCA  for  allografting  other  joints  could  be  initiated  using  computational  methods,  as  the  results  of  the  current  study  suggest  that  the  computational  predictions  may  remain  valid  under  the  right  set  of  conditions.Clinical  studies  of  outcomes  of  osteochondral  tissue  transplantation  indicate  that  maintenance  of  donor  chondrocyte  viability  is  crucial  for  the  long-term  success  of  the  transplanted  tissue.  In  order  to  assure  that  CNC  machined  allografts  maintained  appropriate  chondrocyte  viability  and  tissue  sterility,  we  created  a  sterile  environment  for  CNC  milling  of  fresh  canine  patellar  osteochondral  allografts  and  quantified  allograft  chondrocyte  viability  for  up  to  two  weeks  post-milling.  Following  machining  and  extended  culture,  bending  of  the  allografts  produced  neither  fracture  of  the  samples  nor  resulted  in  loss  of  chondrocyte  viability  when  compared  to  non-grooved  controls.  Therefore,  these  results  provide  basic  scientific  support  for  the  clinical  use  of  bendable  osteochondral  allografts.Having  developed  a  method  of  bendable  allografts  and  verifying  the  tissue  viability  and  sterility,  in  addition  to  simulating  joint  contact  in  the  cadaveric  model,  we  ran  a  study  to  assess  the  performance  of  bendable  osteochondral  allografts  and  shell  allografts  in  the  contralateral  stifle  joints  of  purpose-bred  dogs.  This  animal  model  was  used  to  measure  the  clinical  outcomes  of  bendable  osteochondral  allografts  transplantation  following  in-vivo  loading.  Functional  clinical  outcomes  were  collected,  including  force  mat  kinematics,  lameness  scoring,  range  of  motion,  and  pain  scoring.  At  the  termination  of  the  study,  allograft  tissue  and  synovial  fluid  from  the  joint  were  recovered  to  assess  the  sterility,  chondrocyte  viability,  chondrocyte  morphology,  and  bony  integration  of  the  allograft.  The  allografts  showed  no  signs  of  infection  or  rejection,  and  the  CNC-machined  shell  allografts  performed  well  in  the  joint.  Unfortunately,  the  grooves  machined  for  the bendable  allograft  patellae  were  more  appropriate  in  width  for  the  human  patella.  The  removal  of  excess  bony  tissue  destabilized  the  bendable  allografts  and  led  to  fractures  and  fissures  in  the  tissue.Based  on  the  fissuring  and  fragmentation  mode  of  failure  noted  in  the  canine  BOCAs,  the  size  and  number  of  the  machined  grooves  must  be  optimized  for  preclinical  testing  so  the  potential  advantages  of  bendable  OCAs  can  be  realized  without  compromising  their  integrity  and  osteointegration  during  healing.  Bulk  mechanical  properties  and  failure  thresholds  dependent  on  the  width  of  allograft  grooves  must  be  established  to  reduce  the  risk  of  post-transplantation  failure.  Ongoing  work  aims  to  establish  safe  geometrically-based  machining  criteria  and  determine  load  to-failure  thresholds  for  osteochondral  allografts  to  improve  tissue  integrity  and  functional  viability  post-transplantation.  This  aim  will  be  addressed  by  loading  canine  bendable  allografts  with  variable  groove  widths  to  assess  the  threshold  for  mechanical  failure  against  simulated  femoral  trochlea.  The  aim  of  this  study  is  to  define  allograft  bulk  mechanical  properties  and  failure  thresholds  for  producing  bendable  osteochondral  allografts.The  final  chapter  of  this  dissertation  aims  to  assess  the  impact  of  sustained  mechanical  loading  on  the  fluid  exchange  between  the  interfibrillar  and  extrafibrillar  space  in  native  articular  cartilage,  as  the  fluid  load  support  in  articular  cartilage  is  crucial  to  the  maintenance  of  the  low  coefficient  of  friction  within  the  tissue.  In  our  study,  we  developed  a  technique  to  measure  water  extruded  from  the  interfibrillar  space  in  articular  cartilage  by  applying  static  compression  to  unconfined  tissue.  Preliminary  results  indicate  that  the  loading  and  pressurization  of  the  articular  tissue  can  potentially  make  previously  trapped  interfibrillar  water  content  more  accessible.
■590    ▼aSchool  code:  0054.
■650  4▼aBiomedical  engineering
■650  4▼aMechanical  engineering
■650  4▼aPhysiology
■653    ▼aPost-traumatic  osteoarthritis
■653    ▼aPain-free  joint  function
■653    ▼aArticular  surface  remodeling
■653    ▼aArthroplasty  treatments
■690    ▼a0541
■690    ▼a0548
■690    ▼a0719
■71020▼aColumbia  University▼bBiomedical  Engineering.
■7730  ▼tDissertations  Abstracts  International▼g85-10B.
■790    ▼a0054
■791    ▼aPh.D.
■792    ▼a2024
■793    ▼aEnglish
■85640▼uhttp://www.riss.kr/pdu/ddodLink.do?id=T17160902▼nKERIS▼z이  자료의  원문은  한국교육학술정보원에서  제공합니다.

미리보기

내보내기

chatGPT토론

Ai 추천 관련 도서