Çok katmanlı menisküs yapı iskelelerinin menisküs iyileşmesi üzerine etkisinin tavşan modelinde araştırılması
Effects of multilayer meniscal scaffolds on meniscus healing: Investigation on A rabbit model
Yazar: NİHAT DEMİRHAN DEMİRKIRAN
Danışman: PROF. DR. HASAN HAVITÇIOĞLU
Dokuz Eylül Üniversitesi / Tıp Fakültesi / Ortopedi ve Travmatoloji Ana Bilim Dalı
Derece: Tıpta Uzmanlık, 2016
Konu: Biyomühendislik = Bioengineering ; Ortopedi ve Travmatoloji = Orthopedics and Traumatology
Dizin: Diz = Knee ; Diz eklemi = Knee joint ; Diz yaralanmaları = Knee injuries ; Menisküs = Meniscus ; Ortopedi = Orthopedics ; Yaralar ve yaralanmalar = Wounds and injuries

Özet:
Zayıf kanlanma özellikleri nedeniyle özellikle avasküler bölgede gelişen bazı büyük menisküs yırtıklarının tamiri mümkün değildir ve birçok farklı biyomateryal menisküs yaralanmalarının tedavisi için ideal malzemenin arayışında hayvan modelleri üzerinde araştırılmıştır. Tüm çalışmalara rağmen kıkırdağı çok iyi koruduğu kanıtlanmış ve rutin klinik kullanıma girmiş bir implant henüz bulunmamaktadır. Bu çalışmanın amacı literatürde daha önce olmayan, farklı malzemelerden üretilmiş çok katmanlı menisküs yapı iskelesinin menisküs rejenerasyonu üzerine etkilerinin tavşan parsiyel menisektomi modelinde araştırılmasıdır.
Çalışmamızda kullanılan çok katmanlı skafoldun en üst tabakası sürtünme ve kompresyona dayanıklılığı arttırmak amacıyla PHBV; alt yüzeyi ise osteokondüktif özellikte hidroksiapatit ve stronsiyum ranelat eklenerek üretildi. Kompresif güçlere daha iyi dayanımını sağlamak amacıyla kabak lifi kullanılarak dayanıklı orta tabaka ile çok katmanlı skafold oluşturuldu. 16 erişkin Yeni Zelanda tavşanı üç gruba ayrıldı. Medial menisküs ön boynuz, iç 2/3'lük avasküler bölgede 1,5 mm çapında tam kat menisküs defekti oluşturuldu. Birinci grupta (n:6) defekte 1,5 mm çapında silindirik şekilde hazırlanan poliuretanlı skafold; ikinci grupta (n:6) yine aynı çapta çok katmanlı menisküs skafoldu uygulanarak defekt dolduruldu. Kontrol grubunda (n:4) ise defekt boş bırakıldı. Planlanan sekiz haftalık sürenin sonunda, sakrifikasyon öncesinde tüm deneklerin dizleri lokal ısı artışı, renk değişikliği, fistül gibi enfeksiyon bulguları yönünden incelendi. Osteoartritik değişiklikleri daha net görebilmek amacıyla tüm femur kondilleri ve tibia platoları çini mürekkebi ile boyandı. Eksize edilen menisküslerin fotoğrafları çekildi ve bilgisayar yazılımı ile yüzey alanları hesaplandı. Üç gruptaki defektli bölgeler ve sağlam menisküs bölgelerinin kompresif özellikleri karşılaştırıldı. Tibial eklem kıkırdağında oluşan hasarı değerlendirmek amacıyla defektin altında kalan ve sağlam menisküs ile örtülü eklem kıkırdağına indentasyon testleri uygulandı. Histolojik olarak menisküs dokusunun iyileşmesi Rodeo skorlarıyla evrelendi. Elde edilen veriler ANOVA ve Kruskal Wallis testleri ile istatistiksel olarak değerlendirildi.
Her üç gruptaki tavşanlara ait tibia ve femurlarda eklem kıkırdağı dejenerasyonu gözlenmedi. Menisküs yüzey alanlarında çok katlı skafold uygulanan grup ve defektin boş bırakıldığı grup arasında istatistiksel olarak anlamlı fark izlendi. Defektli bölgelerin Hayes skorları incelendiğinde yine ikinci grup ve kontrol grubu arasında anlamlı bir fark olduğu görüldü. Sağlam menisküsten alınan parçaların skoru defektli alanlardan yüksek bulundu. Sağlam menisküsün basma testi sonuçlarına en çok yaklaşan grup çok katlı skafold uygulanan grup olarak saptandı. Tibia indentasyon testleri ve histolojik değerlendirme sonuçlarında ise fark olmadığı görüldü. 
Bu çalışmanın sonuçları tavşan menisküs defekti modellerinde yeni geliştirilen çok katlı menisküs yapı iskelesinin, defektin boş bırakılmasına kıyasla daha üstün biyomekanik özellikler ortaya koyduğunu, menisküs alanında gelişebilecek küçülmeyi engelleyebileceğini ve immun yabancı cisim yanıtına neden olmadığını göstermiştir. Bunun yanısıra klinik kullanımdaki poliuretanlı skafoldla da benzer makroskopik, histolojik ve biyomekanik sonuçlar elde edilmiştir.

Abstract:
Repair of the meniscal tissue is the treatment of choice for patients with a meniscus lesion; however, this is not always possible, especially for degenerative tears or injuries located on the inner avascular zone. To overcome the devastating outcomes of meniscectomy for such injuries, several materials have been developed and tried to replace the resected meniscal tissue. In the quest for optimum scaffold material several biomaterials have been researched. Nevertheless, none of these materials have absolutely proven satisfying identical replacement of resected meniscal tissue. Therefore, we developed and investigated a novel multilayer meniscal scaffold, consisting of PHBV on the superficial layer, osteoconductive strontium ranelate on the bottom surface and cellulose derived from Luffa Cylindirica (a cucumber shaped and sized plant, known as sponge gourd) on the middle layer to provide superior resistance against compressive forces. The aim of this study was to evaluate the meniscal regeneration and arthritic changes after partial meniscectomy and to compare the results of novel multilayer meniscal scaffold and with clinically used polyurethane scaffold in a rabbit model.
	Sixteen male, mature, NewZealand rabbits weighing between 2500-3500 g were randomly divided into three groups. All groups underwent knee surgery via a medial parapatellar approach and a reproducible 1.5-mm cylindrical defect was created in the avascular zone of the anterior horn of the medial meniscus bilaterally. Defects were filled with the polyurethane scaffold in Group 1(n:6) and with novel multilayer scaffold in Group 2 (n:6). Rabbits in Group 3 (n:4) did not receive any treatment and defects were left empty. All animals were sacrificed after 8 weeks and bilateral knee joints were taken for macroscopic, biomechanical, and histological analysis. 
Macroscopic evaluation of inked condylar surfaces of tibial plateaus after excision of menisci was performed. Digital photographs of excised menisci were also obtained and surface areas were measured by a computer software.  Indentation testing of the tibial condyles and compression tests for the relevant meniscal areas was also performed in all groups. Histological analysis was made and all specimens were scored according to Rodeo scoring system. Data were statistically analysed with ANOVA and Kruskal-Wallis tests.
No signs of inflammation or infection were observed in any animals. No degenerative changes were detected in all three groups. A significant difference was observed between meniscus surface areas of the multilayer scaffold group and the control group. The results of biomechanical compression tests revealed a significant difference again between the Hayes scores of the second group and the control group. Intact meniscal tissue showed higher mechanical properties than defected samples. Multilayer scaffold group demonstrated the closest results compared to meniscus tissue. Tibia indentation tests and histological evaluation showed no differences between groups.
In this study, the initial evaluation of novel multilayer meniscal scaffold prevented the shrinkage that may occur in the meniscus area and demonstrated superior biomechanical results compared to empty defects. No adverse events related to scaffold material was observed. Besides, promising biomechanical and histological results, comparable to polyurethane scaffold, were obtained.