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Osteointegration verschiedener vorgefüllter Titan-Mesh-Cages mit osteoinduktiven Materialien zur Verbesserung der Spondylodese der Halswirbelsäule Bio- Cage IX:
eine experimentelle Studie am Schaf (2013)

Art

Hochschulschrift

Autor

Dettmann, Sonja (WE 12)

Quelle

Berlin: Mensch und Buch Verlag, 2013 — VI, 223 Seiten

ISBN: 978-3-86387-003-4

Verweise

URL (Volltext): https://refubium.fu-berlin.de/handle/fub188/2885

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Institut für Tierpathologie

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Abstract / Zusammenfassung

Die Spondylodese ist ein etabliertes Therapieverfahren zur Behandlung degenerativer Erkrankungen der Halswirbelsäule. Bei deren operativer Durchführung galt jahrzehntelang der Einsatz des autologen Beckenkammspans als goldener Standard (Banwart et al., 1995). Das gehäufte Auftreten von Versagen des Implantats führte jedoch zum zunehmenden Ersatz des autologen Knochenspans durch Spongiosa augmentierte, intervertebrale Cages. Diese Metall- und Kunststoffimplantate sollen nach ventraler Verbringung in das Bandscheibenfach die intraoperativ erzielte Distraktion erhalten, einen Kollaps verbunden mit Kyphosierung der Wirbelsäule sowie die Stenosierung der Foramina intervertebralia verhindern (Korovessis et al., 2006). In der Forschung der Spondylodese ist neben der stetigen Verbesserung von Operationsverfahren und verwendeten Implantaten eine Beschleunigung der Spondylodese zur Erzielung einer erhöhten biomechanischen Stabilität anzustreben. Ein weiteres Ziel ist die Entwicklung von Alternativen zum Einsatz der autologen Spongiosa und somit der Vermeidung der hiermit assoziierten erheblichen Entnahmemorbidität (Park und An, 2009). Im Rahmen dieses Projektes wurde nun das in vivo- Spondylodeseverhalten eines intervertebralen Titan- Cages im Boxdesign (SynCage-C), augmentiert mit einer Kombination aus verschiedenen osteoinduktiven bzw. osteokonduktiven Knochenersatzmaterialien, untersucht und analysiert. Als Kontrolle dienten die Gruppen „Leercage“ sowie „SynCage-C + TricOs“. Ziel dieser Studie war die Überprüfung der Übertragbarkeit der aus Vorversuchen in anderen orthopädischen Tiermodellen (Genehmigungen 152/1997, 09/2000, 139/2000, 191/2003, 185/2004, Kantonales Veterinäramt Zürich, Schweiz) erzielten Ergebnisse auf die Anwendung bei der intervertebralen Spondylodese. Erwartet wurde ein zumindest gleichwertiges Ergebnis wie bei Verwendung von autologen Knochen. 48 zweijährige, weibliche Merino- Mix- Schafe wurden am Halswirbelsäulensegment C3 / C4 standardisiert diskektomiert und mittels Implantation des SynCage-C nach folgender, randomisierter Gruppenaufteilung fusioniert. Die Gruppen 3 und 12 (n 3, 12 = 8) wurden als Kontrollgruppen mitgeführt, bei Gruppe 12 wurde ein unbefüllter Cage (sog. Leercagegruppe) und bei Gruppe 3 ein mit TricOs- Granulat augmentierter Cage implantiert. Die Gruppen 9, 10, 11, 15 dienten als Versuchsgruppen (n 9, 10, 11, 15 = 8). Deren implantierte Titan- Cages wurden mit dem kovalent an das Trägermaterial Fibrin gebundenen Parathormon vier verschiedener Konzentrationen (1,0; 0,7; 0,4; 0,2 mg / ml) und TricOs augmentiert. 12 Wochen post operationem wurden die Tiere euthanasiert, das Bewegungssegment C3 / C4 entnommen und histologisch, immunhistologisch sowie histomorphometrisch untersucht. Die jeweils quantitativ berechneten absoluten Knochen- und TricOs- Flächen dienten zusätzlich der Bestimmung des Fusionsscores sowie der Osteoklasten- und Blutgefäßdichte. In den untersuchten Gruppen besteht ein überwiegend ähnliches histologisches Erscheinungsbild. Dieses unterscheidet sich nur in der Kontrollgruppe „Leercage“ deutlich durch die Abwesenheit von TricOs- Granulat. Die angestrebte knöcherne Fusion des dritten und vierten Halswirbels (C3, C4) konnte nach 12 Wochen Standzeit im Rahmen der Auswertung der Ergebnisse von deskriptiver Histologie und Fusionsscore bei keiner Gruppe nachgewiesen werden. Bei Einsatz des trikortikalen Beckenkammspans besteht hingegen eine klinische Erfolgsrate der Spondylodese bei Bestehen einer soliden knöchernen Durchbauung von 88 – 97 % (Bohlmann et al., 1993; Brodke und Zdeblick, 1992; De Palma et al., 1972). Somit wurde der Nachweis eines zumindest gleichwertigen Ergebnisses wie bei Verwendung von autologem Knochen nicht erzielt. Die von Knochen-, Knorpel- und Bindegewebe umgebenen TricOs- Partikel dominieren mit Ausnahme des dorsalen Abschnitts das Bandscheibenfach. Der nicht vollständige Abbau der TricOs- Partikel entspricht den Studienergebnissen von Katthagen und Mittelmeier (Katthagen und Mittelmeier, 1984). In der vorliegenden Studie waren die TricOs- Partikel jedoch zusätzlich weder vollständig von Knochengewebe umgeben noch im Zwischenwirbelraum integriert. In diesen Bereichen besteht im Gruppenvergleich ebenfalls eine signifikant hohe Osteoklastendichte. Versuchsgruppe 15 weist in der cranialen und caudalen ROI im Vergleich mit den Kontrollgruppen signifikant höhere Werte auf. Es konnte somit sowohl der in der Literatur beschriebene osteoinduktive Effekt auf die Knochenneubildung (Nizard, 1981) als auch dessen Osteokonduktivität bei Einsatz als Trägermatrix für den lokalen Einsatz des osteoinduktiven Parathormons bestätigt werden (Franch et al., 2006). In direktem Kontakt zum TricOs- Granulat bzw. dem Titan- Implantat besteht eine überwiegend leichte Entzündungsreaktion, während eine schwere Ausprägung nur vereinzelt nachgewiesen werden konnte. Dies bestätigt das in der Literatur beschriebene Ausmaß der zu erwartenden Fremdkörperreaktion (Bauer, 2007; Kandziora et al., 2002 a, b, c). Die Präparate zeichnen sich insgesamt durch eine hohe Blutgefäßdichte aus, mit den signifikant größten Werten bei Kontrollgruppe 3 „TricOs“. Das Auftreten von Hypervaskularisation weist neben der Osteokonduktivität des Knochenersatzstoffs TricOs auch das Bestehen einer Entzündungsreaktion in Verbindung mit hohem hydostatischen Stress nach (Lacroix und Prendergast, 2002; Loboa et al., 2001). Zur Erzielung optimaler Ergebnisse während der Knochenneubildung sollte neben einer osteokonduktiven Keramik zusätzlich eine Kombination aus osteoinduktiven Komponenten, wie in dieser Studie PTH und Fibrin, zum Einsatz kommen (Arrighi et al., 2009). Im Gruppenvergleich ergaben sich für die Flächen an Knochen, mineralisiertem Knochen, undifferenziertem Bindegewebe, Knorpel, TricOs- Granulat sowie absolutem Bindegewebe signifikante Unterschiede. So erzielte die Kontrollgruppe „Leercage“ die signifikant größte Knochenfläche im Bereich des Bandscheibenfachs. Auch in mehreren klinischen Studien erfolgte der Einsatz eines Titan- Cages ohne Füllmaterial zur Wirbelkörperfusion beim Menschen mit guten klinischen Resultaten und Vermeidung der mit Entnahme des Beckenkammspans verbundenen Komplikationen (Lange et al., 2000; Schröder et al., 2007; Krayenbühl et al., 2008). Die Werte der gemessenen Knorpel-, TricOs- und absoluten Bindegewebsflächen ergaben hingegen sehr inhomogene Gruppenverteilungen. Der ohne Füllmaterial implantierte Cage stimulierte die Spondylodese zwar in ähnlicher Weise, jedoch blieb hier die Neusynthese von Knorpelgewebe vollständig aus. In dieser Kontrollgruppe erfolgte somit kaum eine chondrale Ossifikation, die als Vorraussetzung zur Sicherstellung optimal verlaufender Frakturheilung gilt (Schiedt, 1955). Die Differenzierung schon bestehenden Knochengewebes der Wirbelkörper von neu gebildetem Knochen nach erfolgter Diskektomie war nicht möglich. Die zu diesem Zweck durchgeführte Toluidinblau- Färbung von Präparaten der Kontrollgruppe „Leercage“ erzielte diesbezüglich keine Ergebnisse. Dies steht im Gegensatz zu den Resultaten einer Studie von Arrighi et al. in der die Toluidinblau- Färbung erfolgreich zum Nachweis von neu gebildetem Knochen angewendet wurde (Arrighi et al., 2009). Die vorliegende Studie zeigt, dass das untersuchte Knochenersatzmaterial eine Kombination aus Wirkstoffen darstellt, die die Osteointegration beschleunigt und in der Lage ist unabhängig von der Patientenmorbidität die Knochenneubildung zu forcieren. Die optimale Konzentration von Parathormon konnte im Rahmen dieser Studie jedoch noch nicht abschließend etabliert werden.