dc.contributor.author
Dettmann, Sonja
dc.date.accessioned
2018-06-07T16:40:48Z
dc.date.available
2013-07-25T10:10:24.439Z
dc.identifier.uri
https://refubium.fu-berlin.de/handle/fub188/2885
dc.identifier.uri
http://dx.doi.org/10.17169/refubium-7086
dc.description.abstract
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.
de
dc.description.abstract
The fusion of vertebral segments is an established treatment for degenerative
diseases of the cervical spine. For decades the autologous tricortical iliac
crest bone graft has been used as gold standard (Banwart et al., 1995). The
increased incidence of implant failure with kyphothic malposition and moving
led to the increased use of intervertebral cages augmented with cancellous
bone. These metallic and plastic implants are introduced via a ventral
surgical access in an intervertebral disc space in order to prevent the
collapse associated with kyphosis of the cervical spine and stenosis of the
exit openings for the spinal nerves (foramina intervertebralia), (Korovessis
et al., 2006). Emphasis of spondylodesis research is placed on improving
surgical procedures and implants used. Further, it aims at acceleration of
spondylodesis to increase biomechanical stability and at the development of
alternatives for the use of autologous bone grafts to avoid relevant removal
morbidity (Park and An, 2009). In this in vivo study the use of an
intervertebral box-design cage made of titanium (Syncage-C) augmented with a
combination of different osteoinductive or osteoconductive bone replacement
materials was investigated. The groups “unfilled cage” and “cage augmented
with TricOs” were used as controls. The objective of the study was the
examination of the transferability of the results of other orthopedically
studies in the animal model (permission 152/1997, 09/2000, 139/2000, 191/2003,
185/2004, cantonal veterinary office Zurich, Switzerland) to the use in
intervertebral spondylodesis. It was expected that the results are at least
comparable with the use of autologous bone. For this purpose forty-eight two
year old merino-mix female sheeps underwent a standardized procedure of
discectomy of C3 / C4 and were, divided into the following randomised groups,
by means of implantation of a cage fused. Group 3 and 12 (n 3, 12 = 8) served
as control groups, which received either unfilled cages (group 12) or TricOs-
granules augmented implants (group 3). Group 9, 10, 11, 15 served as study-
groups (n 9, 10, 11, 15 = 8), who`s implanted cages were augmented with TricOs
and the parathormone in four different concentrations (1,0; 0,4; 0,7; 0,2 mg /
ml) covalently bound to the substrate fibrin. Twelve weeks after operation
euthanasia of the animals took place followed by histological,
immunohistological and histomorphometrical evaluation of the vertebral
segment. In addition, the quantitatively calculated absolute areas of bone and
TricOs are used to establish the fusion score, the density of osteoclasts and
the vascular density. The histological appearance of all groups is comparable,
only the control group “unfilled cage” differs because of the absence of
TricOs-granules. On the one hand, by analyzing the results of the descriptive
histology and fusion score after the twelve weeks of lifetime the desired
complete vertebral bone fusion of C3 / C4 could not be detected. On the other
hand, the use of an iliac crest graft achieved a solid spinal fusion from 88
up to 97% (Bohlmann et al., 1993; Brodke and Zdeblick, 1992; De Palma et al.,
1972). A conclusive scientific evidence of at least equivalent results by use
of the analysed bone substitution material has not been achieved The TricOs-
particles, surrounded by bone, cartilage and connective tissue, dominates the
disc, with the exception of the dorsal region. The incomplete degradation of
the TricOs-particles conforms to the results of a study from Katthagen and
Mittelmeier (Katthagen and Mittelmeier, 1984). In the present study the
TricOs- particles were additionally neither completely sourrounded by bone nor
integrated in the intervertebral space. In these areas a significant high
density of osteoclasts was detected, which was significantly higher in the
cranial and caudal regions of study group 15 than in the control groups. The
osteoinductive effect was established by formation of new bone such as
described in an other source (Nizard, 1981) as well as its osteoconductivity
as support matrix for the local use of the osteoinductive parathormone (Franch
et al., 2006). There is a mainly light inflammatory reaction in direct contact
to TricOs- granules and the titanium implant, whereas severe cases are only
occasionally detected. This confirms the expected extent of inflammation
described in literature (Bauer, 2007; Kandziora et al., 2002 a, b, c). All
histological preparations are characterized by a generally high vascular
density with the significantly greatest value for control group 3 “TricOs”.
Occurrence of hypervascularisation validate, in addition to the
osteoconductivity of the bone substitute TricOs, an inflammatory reaction
associated with high hydrostatic stress (Lacroix and Prendergast, 2002; Loboa
et al., 2001). To obtain excellent results during bone formation besides the
osteoconductive ceramic, a combination of osteoinductive components like PTH
and fibrin, as in this study, should be employed (Arrighi et al., 2009). By
comparison between the six groups there are significant differences for the
areas of bone, mineralized bone, undifferentiated connective tissue,
cartilage, TricOs-granules and absolute connective tissue. The control group
“unfilled cage” is characterized by the significant greatest bone area within
the intervertebral disc space. Several studies obtained by use of an unfilled
cage made of titanium to reach vertebral fusion in humans good clinical
results without the complications associated with extraction of an Iliac crest
graft (Lange et al., 2000; Schröder et al., 2007; Krayenbühl et al., 2008). An
inhomogeneous group distribution was determined for the measured areas of
cartilage, TricOs and connective tissue. On the other hand the measured areas
of cartilage, TricOs, absolute connective tissue show inhomogeneous
differences between the groups. Spondylodesis, stimulated by the unfilled
cage, is comparable, but no de-novo-synthesis of cartilage has taken place.
This control group formed practically no cartilage. But chondral ossification
is necessary to achieve optimal process during fracture healing (Schiedt,
1955). Differentiation between already existing and newly formed bone
following discectomy was not possible. Therefore used toluidine blue staining
preparations of the controlgroup “unfilled cage” were unfortunately not
rateable. This is in contrast to the results of a study carried out by Arrighi
et al. where the toluidine blue staining is successful used to differentiate
newly formed bone (Arrighi et al., 2009). This study in sheep revealed, that
this material for bone replacement, despite outstanding of establishment of
the optimum concentration of parathormone, is a composition of active
ingredients, which accelerate the osteointegration and de-novo-synthesis of
bone independent of the patients morbidity.
en
dc.format.extent
VI, 223 S.
dc.rights.uri
http://www.fu-berlin.de/sites/refubium/rechtliches/Nutzungsbedingungen
dc.subject
intervertebral discs
dc.subject.ddc
600 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften::630 Landwirtschaft::630 Landwirtschaft und verwandte Bereiche
dc.title
Osteointegration verschiedener vorgefüllter Titan-Mesh-Cages mit
osteoinduktiven Materialien zur Verbesserung der Spondylodese der
Halswirbelsäule (Bio- Cage IX)
dc.contributor.firstReferee
Univ.-Prof. Dr. R. Rudolph
dc.contributor.furtherReferee
Prof. Dr. C. Klostermann
dc.contributor.furtherReferee
Univ.-Prof. Dr. L. Brunnberg
dc.date.accepted
2011-07-13
dc.identifier.urn
urn:nbn:de:kobv:188-fudissthesis000000024647-9
dc.title.subtitle
eine experimentelle Studie am Schaf
dc.title.translated
Histological evaluation of a new implant filling material for spondylodesis in
the cervical spine an experimental study in a sheep model
en
dc.title.translatedsubtitle
an experimental study in a sheep model
en
refubium.affiliation
Veterinärmedizin
de
refubium.mycore.fudocsId
FUDISS_thesis_000000024647
refubium.note.author
Mensch und Buch Verlag
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FUDISS_derivate_000000009866
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