Biomechanical Properties of Canine Cruciate Ligament Prostheses

The aim of this study was to biomechanically test ligaments in different preparations from dead horses and dogs with respect to their suitability as a substitute for the cranial cruciate ligament.

Native CrCL breakage tests:
The biomechanical properties of the bilateral native cranial cruciate ligament (CrCL) from 28 dog were tested in different 5 geometrical stifle joint angles. The resulting biomechanical findings were related to the respective weights of the examined dogs, and were compared to the biomechanical properties of the CrCL.

Tendon breakage tests:
The native suitability of canine common calcaneal tendons (CCCT) and canine radial carpal extensor tendons (CRCET) from 30 euthanised dogs, and native equine deep digital flexor tendons (EDDFT) were obtained from two horses (euthanised or recently deceased). These were treated with a variety of decellulariation, and subsequently recellularisation methods and the biomechanical changes were evaluated. By comparing the effects of various methods on the collagen structure and biomechanics, the aim of the study was to identify the most effective decellularisation method and to determine which decellularisation method has more impact biomechanically on recellularised ligaments. Moreover, a variety of combinations were investigated, including t-octylphenoxypolyethoxyethanol (Triton-X 100) and tri-n-butyl phosphate (TnBP), in order to determine which combination exhibited the greatest biomechanical decellularisation effect in dogs’ and horses’ tendons. The biomechanical properties of all CrCL and canine and equine tendons were investigated in breaking-strength and elongation tests. The breaking strength of the specimens was elongated at a loading rate of 0.1 kN/s, force interspace: 3000 – 4000 N, test velocity: 10 mm/min. By way of a general overview for native CrCL and tendon breakage tests, the average breaking strength was found for canine CrCL samples (M = 1187.4 N; SD = 425.3), Fmax 2454 and Fmin 441N. For decellularised canine and equine tendons (M = 401.3 N; SD = 121.6), Fmax 656.2 N and Fmin 160 N; as well as recellularised canine and equine tendons (M = 499.8 N; SD = 139.6), Fmax 797.1 N and Fmin 174 N were measured. The breaking strength of canine CrCL samples was significantly higher than the breaking strength of decellularised canine and equine tendons, as well as recellularised canine and equine tendons. The test showed a significant effect of native CrCL and implant materials on the breaking strength. Additionally, the results for the elongation of native CrCL samples (M = 15.7 mm; SD = 8.3) was higher than in decellularised canine and equine tendons (M = 13.6 mm; SD = 5.7) as well as recellularised canine and equine tendons (M = 14.0 mm; SD = 4.4). Information obtained during this study could be applied to prostheses used in dogs with CrCL rupture, and it was suggested that a constant factor related to body-weight could be used to evaluate the approximate strength and elasticity of the CrCL. Biomechanische Eigenschaften von Hunde-Kreuzbandprothesen

Ziel der vorliegende Studie war es, bestimmte Sehnen von toten Pferden und Hunden, die unterschiedlich präpariert wurden, biomechanisch auf ihre Eignung als Ersatz des gerissenen kranialen Kreuzbandes (CrCL) beim Hund zu testen.

Native CrCL-Reissfestigkeitstest:
Die biomechanischen Eigenschaften des nativen beidseitig intakten (CrCL) von 28 Hunden wurden im Seitenvergleich unter 5 verschiedenen Kniegelenkswinkeln getestet. Die Messergebnisse wurden mit dem jeweiligen Körpergewicht der Kadaver korreliert.

Sehnenreissfestigkeitstest:
Für die Untersuchungen der intakten gemeinsamen Kalkaneus-Sehne (CCCT) und die der radiokarpalen Strecksehne (CRCET) von 30 euthanasierten Hunden sowie die der tiefen Beugesehne (EDDFT) von 2 euthanasierten bzw. kürzlich verstorben Pferden wurden entnommen und dahingehend getestet. Diese wurden in verschiedener Weise dezellularisiert und anschließend mit verschiedenen Methoden rezellularisiert und nochmals biomechanisch getestet, um etwaige morphologische (Kollagenstruktur) und/oder biomechanische Alterationen festzustellen. So sollte die optimalste Methode sowohl der De- als auch Rezellularisation gefunden werden, um das gerissene CrCL beim Hund gegebenenfalls mit einer der so präparierten Sehnen von Hund oder Pferd ersetzen zu können. Die Dezellularisation erfolgte mit verschiedene Substanzen und deren Kombination, darunter t-Octyl-Phenoxypolyethoxyethanol (Triton-X 100) und Tri-n-Butylphosphat (TnBP), um festzustellen, welche Kombination den größten biomechanischen Dezellularisierungseffekt bei Sehnen von Hunden und Pferden aufweist. Die damit dezellularisierten Sehnen wurden sodann biomechanisch im Hinblick auf Bruchfestigkeit und Dehnung getestet. Die Reissfestigkeit der Proben wurde bei einer Zugkraft von 0,1 kN/s, Kraftzwischenraum: 3000 - 4000 N, Prüfgeschwindigkeit: 10 mm/min gedehnt. Ein Gesamtübersicht für native CrCL- und Sehnenreisstests wurde die durchschnittliche Reissfestigkeit für canine CrCL-Proben ermittelt (M = 1187,4 N; SD = 425,3), Fmax 2454 und Fmin 441N. Für dezellularisierte Hunde- und Pferdesehnen (M = 401,3 N; SD = 121,6) wurden Fmax 656,2 N und Fmin 160 N; sowie für rezellularisierte Hunde- und Pferdesehnen (M = 499,8 N; SD = 139,6) Fmax 797,1 N und Fmin 174 N gemessen. Die Reissfestigkeit der caninen CrCL-Proben war signifikant höher als die Reissfestigkeit der dezellularisierten caninen und equinen Sehnen sowie der rezellularisierten caninen und equinen Sehnen. Der Test zeigte einen signifikanten Einfluss des nativen CrCL und der Implantatmaterialien auf die Reissfestigkeit. Zusätzlich waren die Ergebnisse für die Dehnung von nativen CrCL-Proben (M = 15,7 mm; SD = 8,3) höher als bei dezellularisierten Hunde- und Pferdesehnen (M = 13,6 mm; SD = 5,7) sowie bei rezellularisierten Hunde- und Pferdesehnen (M = 14,0 mm; SD = 4,4). Die in dieser Studie gewonnenen Informationen könnten auf Prothesen angewandt werden, die bei Hunden mit einer CrCL-Ruptur eingesetzt werden. Es wird vorgeschlagen, dass ein konstanter Faktor in Bezug auf das Körpergewicht verwendet wird, um die ungefähre Festigkeit und Elastizität des CrCL zu bewerten.