Biomechanische Untersuchung eines biodegradierbaren Implantats zur Spondylodese der Halswirbelsäule: eine experimentelle Studie am Schaf

Abstract

In einer experimentellen Studie sollte die biomechanische Stabilität eines neuen biodegradierbaren Implantates (PCC), bestehend aus einem resorbierbaren Polymer und Calciumphosphat als anorganischem Füllstoff (Polymer- Calciumphosphat-Composit), im Einsatz bei interkorporeller Spondylodese am Modell der Schafshalswirbelsäule beurteilt werden, sowie mit den Ergebnissen der Spondylodese bei Verwendung eines autologen trikortikalen Beckenkammspanes (BKS) verglichen werden. 40 ausgewachsene Merinoschafe wurden randomisiert in sechs Gruppen aufgeteilt. Bei den jeweils vier Tieren der Gruppen 1 und 2 wurde eine Diskektomie im Bewegungssegment C3/C4 in modifizierter Robinson- Technik mit folgender Spondylodese mit autologem trikortikalen Beckenkammspan durchgeführt. Den jeweils acht Tieren der Gruppen 3, 4, 5 und 6 wurde nach erfolgter Diskektomie ein biodegradierbarer Cage aus PCC mit autologer Spongiosafüllung implantiert. Die Tiere der BKS-Gruppen wurden nach 12 bzw. 36 Wochen getötet, die Tötung der Tiere der Gruppen der Cage-Spondylodese erfolgte 12, 36, 52 bzw. 104 Wochen post operationem. Unmittelbar im Anschluss erfolgte die nicht-destruktive, dreidimensionale, biomechanische Stabilitätsmessung des chirurgisch versorgten Wirbelsäulensegmentes C3/C4 in den einzelnen Bewegungsrichtungen Rotation links/rechts, Seitneigung links/rechts, Extension und Flexion. Ein Tier der PCC-2-Jahresgruppe mußte aufgrund einer erheblichen Rückenmarkskompression im Bereich Bewegungssegmentes C3 / C4 mit hochgradiger Ataxie und dauerhaftem Festliegen vorzeitig euthanasiert werden. Bei drei weiteren Tieren der gleichen Langzeitbeobachtungsgruppe wurden postmortal ähnliche Implantatveränderungen festgestellt, welche den Spinalkanal stenosierten. Im zeitlichen Verlauf zeigten die BKS-versorgten Segmente im Vergleich nach 36 Wochen gegenüber 12 Wochen in allen getesteten Bewegungsrichtungen signifikant höhere Steifigkeitswerte. Die Steifigkeit der PCC-Segmente nahm im Verlauf von 12 bis 104 Wochen in Rechtsrotation signifikant zu, in Linksrotation sowie Rechts-/Linksneigung tendenziell zu. In Extension und Flexion liess sich kein einheitlicher Verlauf über die Zeit erkennen Im direkten Vergleich der Implantate zeigten sich drei Monate postoperativ keine signifikanten Unterschiede der Steifigkeitswerte. Neun Monate postoperativ wiesen die mittels Beckenkammspan versorgten Bewegungssegmente gegenüber dem PCC-Cage signifikant höhere Steifigkeiten in Rechtsrotation, Extension und Flexion auf, sowie tendenziell höhere Werte in Linksrotation. Von einer weiteren Verwendung des PCC-Cages in der hier getesteten Form als Implantat zur ventralen Spondylodese an der Schafshalswirbelsäule ist abzuraten.

The biomechanical stability of a new biodegradable implant (PCC), consisting of a resorbable polymer with calciumphosphat-filling (Polymer-Calciumphosphat- Composit), was evaluated in an experimental study using a sheep cervical spine interbody fusion model and compared to results of an autologous tricortical iliac crest. 40 mature female merino sheep were randomized divided into 6 groups. Each four animals of group 1 and 2 underwent discectomy of the motion unit C3/C4 in modified Robinson-Technique followed by a spondylodesis using an autologous tricortical iliac crest and thereafter were killed 12 respectively 36 weeks. Each eight animals of group 3, 4, 5 and 6 underwent the surgical procedure using a biodegradable implant of a polymer-calciumphosphat-composit filled with autologous spongiosa. These animals were killed 12, 36, 52 respectively 104 weeks post operationem. Immediately afterwards a non- destructive, three-dimensional, biomechanical testing of the surgically treated vertebral motion unit C3/C4 followed for each single motion direction rotation left/right, lateral bending left/right, extension and flexion. One animal of the PCC-2-year-group had to be euthanized ahead of schedule due to severe compression of the spinal cord at the level of C3/C4 accompanied by high-grade ataxia and inability to stand up without assistance. Three more animals of the same long-term-group showed postmortal macroscopic similar alterations of the cage-implant-site, which lead to stenosis of the spinal canal. Tricortical crest showed significantly higher stiffness in all tested directions of motion after 36 weeks compared to 12 weeks. Stiffness of the PCC-implant increased significantly in rotation right over 12 to 104 weeks, and showed tendency of higher stiffness in rotation left and lateral bending left/right. In direct comparison of both implants three months post-op no significant differences of stiffness were noticed. Nine months post-op the tricortical crest featured significantly higher stiffness values for rotation right, extension and flexion, and a tendency of higher stiffness in rotation left compared to the PCC-cage. Therefore the PCC-cage, as tested in this study, is not a suitable implant for application in spondylodesis of the cervical spine.