Ligament repair in the ankle for restoration of function: exploring the application of decellularised grafts.

踝关节韧带修复以恢复功能:探索脱细胞移植物的应用。

基本信息

  • 批准号:
    2598161
  • 负责人:
  • 金额:
    --
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    英国
  • 项目类别:
    Studentship
  • 财政年份:
    2021
  • 资助国家:
    英国
  • 起止时间:
    2021 至 无数据
  • 项目状态:
    未结题

项目摘要

This PhD will combine novel experimental testing and imaging methods to examine the mechanical performance of ankle ligaments and a potential replacement biomaterial and identify potential tissue damage mechanisms. Use and development of unique in vitro testing equipment will examine the mechanical behaviour of individual ankle ligaments and their contribution to normal function. The multidisciplinary project will use advanced imaging to identify damage patterns in collagen structures within the tissues. Evaluation of the limitations of bony fixation in the ankle will lead to novel engineering approaches to address this complex clinical challenge.Research ObjectivesThe primary aim of this project is to investigate the potential of a decellularised graft for the repair of ankle ligament injury. This will be achieved through the following objectives:1) Characterisation of native ankle ligaments and their insertion points2) Understanding mechanisms of failure of ligaments in the joint a) Identify biological damage b) Understand resultant changes in mechanical properties3) Identification of required scaffold geometriesa) Alignment of ligament with respect to anatomy and biomechanical functionb) Need for tendon-only or composite bone-tendon scaffoldsc) Selection of suitable porcine ligamentous tissue 4) Investigation of suitable fixation methods5) Working with clinicians and patients to understand specific clinical needsBackgroundGlobally, there is a growing need for interventions to repair and replace diseased or damaged musculoskeletal tissues. A recent report by the World Health Organisation suggests that 20%-33% of people across the globe live with a painful musculoskeletal condition, with such conditions costing the US$ 213 billion in 2011. Many conditions in the foot and ankle impact significantly on mobility, pain and quality of life. Underlying disease and acute injury can cause functional changes in the foot and ankle. Chronic ankle instability (CAI) affects normal biomechanical function and is a factor in the development of up to 22% of ankle osteoarthritis (OA) cases. CAI is regarded as insufficiency in the lateral ankle ligament complex, usually caused by a single traumatic event or re-injury after initial trauma. New methods to treat CAI by repairing ligaments in the ankle could prevent or delay the onset of related OA and improve patient quality of life. Repair methods for CAI include anatomical (reattachment of the ligament) or non-anatomical (repair with another material, such as tendon) reconstruction. Damaged tissues in CAI may be reconstructed with donor tissue to restore normal function. Donor tissues can be from the patient (autograft) or a deceased donor (allograft). Donor cells within allografts can trigger an immune response, resulting in delayed healing or tissue rejection. Importantly, normal mechanical function is mediated by the tissue-specific extracellular matrix (ECM) and the cells themselves are not required. Decellularisation processes remove cells and cellular debris from the ECM. The resulting scaffolds provide structural and mechanical support without provoking an adverse immune response. A series of patented decellularisation processes (the Leeds approach) have been developed in the Institute of Medical and Biological Engineering at the University of Leeds. The Leeds approach involves developing a tissue-specific decellularisation process; the use of tissue-specific ECM ensures that the biological and biomechanical properties are appropriate for the application. A recently developed process produces a porcine bone-tendon scaffold which may be a suitable for ligament repair.This project will develop a detailed understanding of the properties of natural ligaments and their injury mechanisms, identify appropriate dimension and potential fixation methods for the scaffolds and identify potential failure mechanisms to build confidence in the scaffolds for CAI repair
这个PHD将结合新的实验测试和成像方法来检查踝关节韧带和潜在的替代生物材料的机械性能,并确定潜在的组织损伤机制。使用和开发独特的体外测试设备将检查单个脚踝韧带的力学行为及其对正常功能的贡献。这个多学科项目将使用先进的成像技术来识别组织内胶原蛋白结构中的损伤模式。评估踝关节骨固定的局限性将导致新的工程方法来解决这一复杂的临床挑战。研究目的本项目的主要目的是探讨脱细胞移植物修复踝关节韧带损伤的可能性。这将通过以下目标来实现:1)自然脚踝韧带的特征及其插入点2)了解韧带在关节中失效的机制a)确定生物损伤b)了解由此引起的力学特性的变化3)确定所需支架的几何形状b)根据解剖和生物力学功能对韧带进行排列b)需要仅使用肌腱或骨-肌腱复合支架c)选择合适的猪韧带组织4)研究合适的固定方法5)与临床医生和患者合作以了解特定的临床需求背景:干预措施日益需要修复和替换病变或受损的肌肉骨骼组织。世界卫生组织最近的一份报告表明,全球20%-33%的人生活在痛苦的肌肉骨骼疾病中,这种疾病在2011年花费了2130亿美元。足部和脚踝的许多情况对活动能力、疼痛和生活质量都有显著影响。基础疾病和急性损伤可能会导致足部和脚踝的功能变化。慢性踝关节不稳定影响正常的生物力学功能,是导致高达22%的踝关节骨关节炎(OA)病例发展的一个因素。CAI被认为是踝关节外侧韧带复合体功能不全,通常由单一创伤事件或最初创伤后的再损伤引起。通过修复踝关节韧带治疗脑梗塞的新方法可以预防或延缓相关骨性关节炎的发生,提高患者的生活质量。脑梗塞的修复方法包括解剖修复(韧带再附着)和非解剖修复(用其他材料修复,如肌腱)。损伤组织可用供体组织重建,以恢复正常功能。供体组织可以来自患者(自体移植)或已故供者(同种异体移植)。同种异体移植物内的供体细胞可以触发免疫反应,导致延迟愈合或组织排斥。重要的是,正常的机械功能是由组织特异性细胞外基质(ECM)介导的,而细胞本身并不是必需的。脱细胞过程从细胞外基质中去除细胞和细胞碎片。由此得到的支架提供了结构和机械支持,而不会引起不良的免疫反应。利兹大学医学和生物工程研究所已经开发了一系列获得专利的脱细胞工艺(利兹方法)。利兹的方法包括开发特定于组织的脱细胞过程;使用特定于组织的ECM确保生物和生物力学特性适合应用。最近开发的一种猪骨-肌腱支架可能适用于韧带修复。本项目将详细了解天然韧带的特性及其损伤机制,确定支架的合适尺寸和潜在的固定方法,并确定潜在的失效机制,以建立对用于计算机辅助修复的支架的信心

项目成果

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