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Development of a tunnel filler to address anchoring and fixation challenges in knee ligaments reconstruction
| Name: | Description: | Size: | Format: | |
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Authors
Advisor(s)
Abstract(s)
Knee ligament injuries, especially anterior cruciate ligament (ACL) injuries, are a prevalent concern in orthopedic sports medicine, often demanding surgical intervention to restore knee stability and function. Common challenges encountered during ligament reconstruction procedures include anchoring and fixation issues. Traditional methods, while effective, frequently result in complications such as tunnel widening, graft slippage, and inadequate fixation strength. This research introduces a novel tunnel filler (TF) that not only aims to overcome these limitations related to fixation stability of the graft but also promotes effective osteointegration within the fixation tunnel. The primary objectives of this project were to design, fabricate, and evaluate a TF using 3D printing technology with polycaprolactone (Pcl), and to enhance its structural support and biological activity with Pcl electrospun fibers and brushite (Brh). A series of comprehensive tests was conducted to characterize the TF. Physicochemical analysis confirmed the stability and integrity of the material composition. Mechanical testing demonstrated the TF's enhanced durability under physiological loads. Surface roughness analysis, performed using Scanning Electron Microscopy (SEM), showed improvements in texture that could facilitate cellular adhesion. In vitro cell culture testing, with Alamar Blue and Live/Dead assays, indicated effective cell interaction and good biocompatibility. By the end of the study, these enhancements contributed to the development of a TF with good mechanical properties and non-toxic for the cells.
As lesões nos ligamentos do joelho, especialmente lesões no ligamento cruzado anterior (LCA), são uma preocupação prevalente na medicina desportiva ortopédica, frequentemente exigindo intervenção cirúrgica para restaurar a estabilidade e função do joelho. Os desafios mais comuns encontrados durante os procedimentos de reconstrução de ligamentos incluem problemas de ancoragem e fixação. Os métodos tradicionais, embora eficazes, frequentemente resultam em complicações como alargamento do túnel ósseo, deslizamento do enxerto e força de fixação inadequada. Esta pesquisa introduz um novo <Tunnel Filler= (TF) que não só visa superar estas limitações relacionadas com a estabilidade de fixação do enxerto, mas também promover uma osteointegração eficaz dentro do túnel ósseo. Os objetivos primários deste projeto foram desenhar, fabricar e avaliar um TF utilizando a tecnologia de impressão 3D com policaprolactona (Pcl), e melhorar o seu suporte estrutural e atividade biológica com fibras eletrofiadas de Pcl e brushite (Brh). Uma série de testes foram realizados para caracterizar o TF. A análise físico-química confirmou a estabilidade e integridade da composição do material. Os testes mecânicos demonstraram a durabilidade aprimorada do TF sob cargas fisiológicas. A análise da rugosidade superficial, realizada usando Microscopia Eletrónica de Varredura (SEM), mostrou melhorias na textura que poderiam facilitar a adesão celular. Os testes de cultura celular in vitro, com ensaios de Alamar Blue e Live/Dead, indicaram uma interação celular eficaz e boa biocompatibilidade. No final do estudo, estas melhororias contribuíram para o desenvolvimento de um TF com boas propriedades mecânicas e não tóxico para as células.
As lesões nos ligamentos do joelho, especialmente lesões no ligamento cruzado anterior (LCA), são uma preocupação prevalente na medicina desportiva ortopédica, frequentemente exigindo intervenção cirúrgica para restaurar a estabilidade e função do joelho. Os desafios mais comuns encontrados durante os procedimentos de reconstrução de ligamentos incluem problemas de ancoragem e fixação. Os métodos tradicionais, embora eficazes, frequentemente resultam em complicações como alargamento do túnel ósseo, deslizamento do enxerto e força de fixação inadequada. Esta pesquisa introduz um novo <Tunnel Filler= (TF) que não só visa superar estas limitações relacionadas com a estabilidade de fixação do enxerto, mas também promover uma osteointegração eficaz dentro do túnel ósseo. Os objetivos primários deste projeto foram desenhar, fabricar e avaliar um TF utilizando a tecnologia de impressão 3D com policaprolactona (Pcl), e melhorar o seu suporte estrutural e atividade biológica com fibras eletrofiadas de Pcl e brushite (Brh). Uma série de testes foram realizados para caracterizar o TF. A análise físico-química confirmou a estabilidade e integridade da composição do material. Os testes mecânicos demonstraram a durabilidade aprimorada do TF sob cargas fisiológicas. A análise da rugosidade superficial, realizada usando Microscopia Eletrónica de Varredura (SEM), mostrou melhorias na textura que poderiam facilitar a adesão celular. Os testes de cultura celular in vitro, com ensaios de Alamar Blue e Live/Dead, indicaram uma interação celular eficaz e boa biocompatibilidade. No final do estudo, estas melhororias contribuíram para o desenvolvimento de um TF com boas propriedades mecânicas e não tóxico para as células.
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Keywords
Ligaments fixation Tunnel filler 3D printing Electrospinning Polycaprolactone Fixação de ligamentos Preenchimento de túnel Impressão 3D Eletrofiação Policaprolactona
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