Characterization of in vivo vertebral growth modulation by shape memory alloy staples on a porcine model for the correction of the scoliosis

La recherche de nouvelles voies de correction de la scoliose idiopathique a une longue histoire. Le traitement conventionnel de la scoliose idiopathique est présenté par le port du corset ou par la correction opératoire de la déformation. Depuis leur introduction, les deux méthodes ont prouvé leur efficacité. Cependant, malgré des caractéristiques positives évidentes, ces méthodes peuvent causer un nombre important d'effets indésirables sur la santé du patient. Les techniques sans fusion pour le traitement de la scoliose semblent être une alternative perspective de traitement traditionnel, car ils apportent moins de risques et des complications chirurgicales que les méthodes conventionnelles avec la conservation de la mobilité du disque intravertébral. Cependant, l'utilisation de techniques mentionnées exige une connaissance profonde de la modulation de croissance vertébrale. L'objectif principal de la présente étude est d'estimer le potentiel d'agrafes à l’AMF de moduler la croissance des vertèbres porcines en mesurant la croissance osseuse sur la plaque de croissance de vertèbres instrumentées en comparaison avec le groupe contrôle. La méthode est basée sur la loi de Hueter-Volkmann. Nous avons choisi NiTi agrafes à l’AMF pour notre étude et les porcs de race Landrace comme un animal expérimental. Les agrafes ont été insérés sur 5 niveaux thoracique de T6 à T11. En outre, les radiographies ont été prises toutes les 2 semaines. La présence d'agrafes en alliage à mémoire de forme a produit la création de courbes scoliotiques significatives dans 4 de 6 animaux chargés et le ralentissement considérable de la croissance osseuse (jusqu'à 35,4%) comparativement aux groupes contrôle et sham. L'étude a démontré in vivo le potentiel d'agrafes en alliage à mémoire de formes de moduler la croissance des vertèbres en créant des courbes scoliotiques sur les radiographies et en ralentissant le taux de croissance sur les plaques de croissance instrumenté. La position précise de l'agrafe est essentielle pour la modulation de croissance osseuse et le développement de la scoliose expérimentale.

The search for a new ways of correction of idiopathic scoliosis was started long ago. Conventional treatments of idiopathic scoliosis comprise predominantly bracing and open correction of the deformity. Since their introduction, both methods have proven effective. However, despite evident positive characteristics, these methods can pose a significant number of undesirable effects to patient health.. There for fusionless techniques for the treatment of scoliosis seems to be a perspective alternative of traditional treatment as it presents less surgical risks and complications then conventional methods including maintenance of disc mobility. However the use of mentioned techniques demands a deep knowledge of vertebral growth modulation. The principal objective of present study is to estimate the potential of SMA staples to modulate the growth of porcine vertebrae by measuring bone growth on the growth plate of instrumented vertebrae in comparison with the control group. The method is based on the Hueter-Volkmann law. We choose NiTi SMA staples for our study and Landrace domestic pigs as an experimental animal. The staples were inserted on 5 thoracic levels from T6 to T11. Additionally, radiographs were taken every 2 weeks. The presence of shape memory alloy staples led to creation of significant scoliosis curves in 4 of 6 loaded animals and considerable slowing of bone growth (up to 35.4.%) comparatively to control and sham groups. The study has demonstrated in vivo the potential of the shape memory alloy staples to modulate the growth of vertebrae by creating scoliotic curves on radiographs and by slowing the growth rate on the instrumented growth plates. Accurate position of the staple is essential for the bone growth modulation and the development of experimental scoliosis.