Vergleichende radiologische Ergebnisse bei der Stimulation der ventralen Spondylodese an der Schafshalswirbelsäule durch rhBMP-2 sowie IGF-I/ TGF-ß1 beschichtete Cages

Abstract

Unter den biologischen Faktoren, die Einfluss auf die Knochenneubildung nehmen, erhalten die osteoinduktiven Substanzen zunehmend klinisches und wissenschaftliches Interesse. Dies zeigt sich vor allem seitdem bekannt ist, dass Osteoinduktion in Geweben induziert werden kann, wo unter normalen biologischen Voraussetzungen kein Knochenwachstum vorkommt. In der Kombination mit geeigneten Trägermaterialien eröffnen diese osteoinduktiven Proteine neue wissenschaftliche und klinische Perspektiven. So konnten auf dem Gebiet der Spondylodeseakzeleration sowie der Knochen- und Frakturheilung enorme Erkenntnisse gewonnen werden. Die Wirksamkeit der kombinierten Applikation von IGF-I/TGF-ß1 an Wirbelsäulenfusionsmodellen ist zum momentanen Erkenntnisstand unbekannt. Weiterhin liegen gegenwärtig keine Arbeiten zu direkt vergleichenden radiologischen Ergebnissen bei der Stimulation der ventralen Spondylodese durch rhBMP-2 (experimenteller goldener Standard) sowie IGF-I/TGF-ß1 beschichtete Cages durch ein PDLLA-Trägersystem vor. Das Ziel dieser Arbeit war es, die Wirksamkeit und das Einheilungsverhalten von Poly- (D,L-lactide) beschichteten Harms-Trägercages mit den damit versehenen Wachstumsfaktoren (BMP-2 sowie der Wachstums-faktorenkombination IGF-I/TGF-ß1) unter Beobachtung ausgewählter radiologischer Parameter, an einem Tiermodell zu untersuchen. Bei 16 weiblichen Merino-Schafen wurde eine ventrale interkorporelle zervikale Fusion C3/C4 durch zwei verschiedene Stabilisierungsverfahren (n=8) durchgeführt. Gruppe 1: Harms-Cages mit PDLLA- Beschichtung plus rhBMP-2 und Gruppe 2: Harms-Cages mit PDLLA-Beschichtung plus der Wachstumshormonkombination IGF-I/TGF-ß1. Prä- und postoperativ sowie nach 1, 2, 4, 8 und 12 Wochen wurden konventionelle Röntgenbilder angefertigt. Anhand dieser Röntgenbilder konnten die radiologischen Parameter Intervertebralwinkel, Lordosewinkel, Translation sowie die Bandscheiben- raumhöhen ermittelt werden. Nach 12 Wochen erfolgten die Tötungen der Tiere und die Durchführung radiologischer Funktionsuntersuchungen sowie qualitative und quantitative computertomographische Untersuchungen. Zusätzlich wurden die Knochendichte, das Kallusvolumen und der Mineralsalzgehaltindex mittels qCT ermittelt. Nach 12 Wochen wurde der Status der Fusion sowohl auf den Röntgenbildern als auch im CT anhand eines Fusionsscores bestimmt. Anhand der im Untersuchungszeitraum ermittelten radiologischen Parameter ließen sich in dieser Arbeit keine wesentlichen Unterschiede zwischen den beiden Gruppen feststellen. Die Applikation des Wachstumsfaktors rhBMP-2 erwies sich als ebenso wirksam wie die Applikation der Wachstumshormonkombination IGF-I/TGF-ß1. Ziel weiterer Studien könnten Versuche mit anderen Wachstumshormon-kombinationen oder Wachstumshormondosierungen sein. Weiterführende Untersuchungen müssen belegen, ob die kombinierte lokale Applikation von IGF-I und TGF-β1 mittels PDLLA-beschichtetem Cage auch am Menschen zu einer signifikanten Verbesserung der Ergebnisse der zervikalen Spondylodese führen kann.

Among the biological factors affecting bone formation, osteoinductive substances are of increasing clinical and scientific relevance. This is especially apparent since it has been known that bone formation can be induced in tissue in which it does not otherwise occur under normal biological conditions. In combination with the appropriate substrate materials, these osteoinductive proteins open new scientific and clinical perspectives. Consequently, major insights have been gained in accelerating spondylodesis, as well as in bone and fracture healing. The object of this study was to investigate, on the basis of an animal model, the effectiveness and the healing behaviour of poly (D,L lactide) coated Harms substrate cages with the growth factors provided (BMP-2 and the growth factor combination IGF-I/TGF-ß1) while observing selected radiological parameters. A ventral interbody cervical fusion C3/C4 was performed on 16 female merino sheep with two different stabilisation techniques (n=8). Group 1: Harms cages with PDLLA coating plus rhBMP-2; Group 2: Harms cages with PDLLA plus the growth hormone combination IGF-I/TGF-ß1. Conventional X-ray images were acquired preoperatively and postoperatively after 1, 2, 4, 8 and 12 weeks. The radiological parameters - intervertebral angle, lordose angle, translation and disc space heights - were determined on the basis of these X-ray images. After 12 weeks the animals were killed and radiological functional examinations performed, as well as qualitative and quantitative computer tomographic analyses. In addition, the bone density, the callus volume and the mineral salt index were determined by qCT. After 12 weeks the fusion status was determined on the basis of a fusion score, both from the X-ray images and by CT scan. Based on the radiological parameters determined within the study period, no significant differences could be ascertained in this study between the two groups. The application of the growth factor rhBMP-2 proved to be just as effective as the application of the growth hormone combination IGF-I/TGF-ß1. The objective of further studies could be to investigate other growth hormone combinations or growth hormone dosages. Further studies need to show whether the combined local application of IGF-I and TGF-β1 by means of a PDLLA-coated cage can lead to a significant improvement in the results of cervical spondylodesis in humans.