Early developments of an intervertebral disc model using bovine coccygeal discs

Degeneration of the lumbar disc, which frequently leads to low back pain, is an age related disease that often diminishes a patient's quality of life. Despite the continued efforts of research in this area, biological understanding of the disease remains unclear. The treatment strategies are few, with the gold standard being fusion of the motion segment, which permanently prevents any motion at the treated level of the spine. Although there are several new treatments available that attempt to recover some mechanical function of the motion segment, such as arthroplasty, they all remain unsatisfactory in doing so. The biggest challenge that researchers face in this area is the lack of tools to increase the understanding of disc degeneration etiology in order to develop better treatment strategies. The long-term goal of the research conducted in this thesis is to develop an in-vitro intervertebral disc organ culture model using bovine coccygeal discs as an experimental platform to advance disc degeneration understanding and treatment.This thesis begins with the development of a culture environment for the in-vitro culture model and ends with early work on the biological validation of a cultured bovine coccygeal tissue model. A comprehensive introductory chapter, with information reviewing current research in the area, is included to help readers to familiarize themselves with the topic. This is followed by a description, in technical terms, of the in-vitro organ culture system that was developed and its validation and application towards the development of the organ culture. To follow is the largest contribution, presentation of a new harvest method to isolate intervertebral disc tissue for culturing. The results of the investigation provide insight on the nutritional and mechanical aspects of the disc preserved in an in-vitro organ culture. Experimental studies are developed and analysis methods are considered, determining the best method to validate an in-vitro organ culture model. Preliminary investigations to establish culturing up to two weeks is presented, as well as the beginnings of an induced injury model.The early works in the development of a bovine in-vitro organ culture model that is presented in this thesis research will hopefully mark the beginning of a useful tool to further understand intervertebral disc degeneration and more importantly become a platform to develop and test new treatment strategies. The text aims to provide a reference source for researchers, orthopaedic surgeons, and orthopaedic manufacturers, stimulating further advances in disc degeneration understanding and treatment.Debuts d'un modèle de culture d'organe appliqué au disque intervertébral avec tissu coccygien bovin.}La dégénération des disques lombaires, qui conduit fréquemment à la lombalgie, est une affection liée au vieillissement qui diminue souvent la qualité de vie du patient. Malgré une recherche continue dans ce domaine, la compréhension biologique de cette maladie demeure limitée. Il existe peu de stratégies de traitement, la référence dans ce domaine étant la fusion d'un segment articulaire, qui empêche tout mouvement du niveau traité de la colonne vertébrale de manière permanente. Bien qu'il existe quelques nouveaux traitements qui permettent de récupérer une partie des fonctions, telle que l'arthroplastie, ceux-ci n'ont mené à rien de concluant. Le plus gros challenge que les chercheurs affrontent dans ce domaine est le manque d'outils qui augmenteraient la compréhension de l'étiologie de la dégénération du disque, ceci afin de développer de meilleures stratégies de traitement. Le but à long terme de la recherche conduite dans cette thèse est de développer un modèle in vitro de culture de disque utilisant des disques bovins coccygien comme plateforme expérimentale pour améliorer la compréhension et le traitement de la dégénération de disque.Cette thèse commence avec le développement d'un environnement de culture pour le modèle in vitro et se termine avec une validation biologique du tissu coccygien bovin cultivé. Un chapitre d'introduction passant en revue les informations concernant la recherche actuelle dans ce domaine aidera les lecteurs à se familiariser avec ce domaine. Ce chapitre est suivi d'une description, en termes techniques, du système de culture in vitro qui été développé, sa validation et son application pour le développement de la culture d'organe. S'ensuit une investigation des différentes méthodes de récolte proposées et évaluées pour isoler le tissue de disque intervertébral utilisé pour la culture. Les résultats de cette investigation apportent des informations sur les aspects mécaniques et nutritionnels d'un disque préservé dans une culture d'organe in vitro. Des études expérimentales sont développées et des méthodes d'analyses sont considérées, afin de déterminer la meilleure méthode pour valider le modèle de culture d'organes in vitro. Une investigation préliminaire examinant les effets de la simulation mécaniques dans une expérience de culture de deux semaines et validant les conditions de culture est présentée ainsi que les débuts d'un modèle avec lésions.Le modèle bovin de culture d'organe in vitro présenté dans cette recherche de thèse marque les débuts d'un outil utile pour mieux comprendre la dégénération du disque intervertébral et avant tout pour développer et tester des nouvelles stratégies de traitement. Le texte apportera une source de référence pour les chercheurs, les chirurgies et les entreprises orthopédiques, et encouragera des avancées dans le traitement et la compréhension de la dégénération du disque