Radiologische Evaluation der Osteointegration verschiedener vorgefüllter Titan-Mesh-Cages mit osteoinduktiven und osteokonduktiven Materialien in Kombination zur Verbesserung der Spondylodese der Schafshalswirbelsäule

Abstract

Bislang wurde als „gold standard“ der autologe trikortikale Beckenkammspan als Interponat bei der Spondylodese des cervicalen Wirbelsäulensegmentes nach anteriorer Dekompression des Spinalkanals verwendet. Neben der hohen Erfolgsrate ist sein Einsatz allerdings mit nicht unerheblichen unerwünschten Nebenwirkungen wie einer hohen Entnahmemorbidität oder Sinterung assoziiert. Seit mehreren Jahren wird deshalb vermehrt der Einsatz von Cages untersucht, wobei ebensolche metallischen Ursprungs zu materialassoziierten Problemen führen, wie unter anderem einer Artefaktbildung, welche deren Evaluation mit Hilfe bildgebender Verfahren erschwert, sowie zu bisher unbekannten Nebenwirkungen. Der mit autologer Beckenkammspanspongiosa augmentierte Cage verbindet derzeit die Vorteile des Abstandhalters und diejenigen des autologen Knochenmateriales unübertroffen. Allerdings bestehen weiterhin die mit einer Entnahme der Spongiosa verbundenen Probleme. Deshalb wurde in dieser in-vivo- Studie am Schafmodell die Spondylodese des Halswirbelsäulensegmentes C3/C4 mittels eines Titan-Mesh-Cages im Boxdesign, welcher mit verschiedenen Konzentrationen eines neuartig modifizierten Parathormons (TGplPTH1-34) in Kombination mit Hydroxylapatit/β-Tricalciumphosphat-Granula (TricOs) bzw. mit einem in gleicher Art modifizierten bone morphogenetic protein-2 (TGplBMP-2) gefüllt wurde, durchgeführt. An vierundsechzig Schafen wurde standardisiert das Bandscheibenfach C3/C4 diskektomiert und der mit dem zu untersuchenden Material gefüllte SynCage C® implantiert. Die Tiere wurden prae und post operationem sowie nach acht und zwölf Wochen geröntgt und nach Ablauf der zwölften Woche euthanasiert. Anschließend wurde das herauspräparierte Wirbelsegment C3/C4 computertomographisch analysiert. Anhand der vorliegenden Arbeit konnte gezeigt werden, dass der SynCage C®, gefüllt mit verschiedenen Konzentrationen TGplPTH1-34 in Kombination mit TricOs bzw. TGplBMP-2 im Vergleich mit einem mit autologer Beckenkammspanspongiosa gefüllten Cage nicht zur Spondylodese der Halswirbelsäule geeignet ist. In Abhängigkeit des jeweiligen Untersuchungsparameters waren für die gleiche Gruppe uneinheitliche Ergebnisse zu ermitteln. Zum Untersuchungszeitpunkt von zwölf Wochen post operationem kam es zwar bei einer Konzentration von 0,7 mg/ml bzw. 0,4 mg/ml TGplPTH1-34 jeweils mit TricOs kombiniert zu dem bis zu diesem Zeitpunkt gewünschten Grad der knöchernen Fusion des Wirbelsäulensegmentes C3/C4, unter Berücksichtigung der übrigen Untersuchung ist dieses Ergebnis für ein Cageinterponat jedoch nicht zufriedenstellend. Die mittels computertomographischer Evaluation ermittelte Knochendichte (BMD) ergab in den Gruppen in denen TricOs verwendet wurde, unter Umständen TricOs bedingt, falsch-positive Ergebnisse, dieses gilt es mittels einer histologischen Zellidentifizierung, die nicht Gegenstand der vorliegenden Arbeit war, zu überprüfen. Die Knochendichte derjenigen Gruppe, welche TGplBMP-2 als Cagefüllung erhielt, ist zwar hinsichtlich einer Spondylodese durchaus ausreichend, jedoch zeigte auch letztgenannte Gruppe, wie erstere, dass die Bandscheibenraumhöhe sowie der Intervertebralwinkel nicht in der von einem Interponat verlangten Weise aufrecht gehalten werden konnten. Hinzu kamen in einigen Fällen Probleme wie ein Wandern des Implantates nach ventral. Zusammenfassend kann auf Grund der radiologischen Ergebnisse festgestellt werden, dass der SynCage C® mit den untersuchten Materialien gefüllt nicht als Wirbelkörperinterponat zur Spondylodese der cervicalen Wirbelsäule verwendet werden sollte. Dennoch bleibt zu berücksichtigen, dass die vorliegende Arbeit nur explorativen Charakter besitzt und eine endgültige Aussage nur unter Hinzuziehen der biomechanischen, histologischen und immunhistologischen Untersuchungen, welche nicht Gegenstand dieser Arbeit waren, getroffen werden sollte.

Hormons and growth factors have been proven to promote spine fusion. However, no study with a local application of PTH1-34, nor BMP-2 in spinal fusion has yet been performed. The purpose of this study was to compare the efficacy and safety of a new modified PTH1-34 (TGplPTH1-34), combined with a hydroxy-β-tricalciumphosphate granulate (TricOs), and BMP-2 (TGplBMP-2) with an autologous cancellous bone graft at an early time point in a sheep cervical spine fusion model. Additional it should be determined, whether there is a dose-dependent effect of TGplPTH1-34 application on intervertebral bone matrix formation in a sheep cervical spine fusion model. The transferability of the new protein modifikation should be demonstrated on the basis of the growth factor BMP-2. Sixty-four sheep underwent C3/C4 discectomy and fusion. Stabilisation was performed using a titanium mesh cage filled with 1.0 mg/ml TGplPTH1-34 in group 1 (n = 8), 0.7 mg/ml in group 2 (n = 8), 0.4 mg/ml in group 3 (n = 8) and 0.2 mg/ml in group 4 (n = 8), in all groups the TGplPTH1-34 where combined with tricomponent Os (TricOs), a certified bioceramic. These four groups as well as group 8, in which the cage was filled with TGplBMP-2, were compared with a cage filled with autologous cancellous bone (group 7, n = 8). Group 5 and group 6, which content just the empty cage respectively filled with TricOs were added as control groups. Blood samples, body weight and temperature were analysed. Radiographic scans were performed pre- and postoperatively as well as after eight and twelve weeks. At the same time points, disc space height and intervertebral angle were measured. After twelve weeks, the animals were killed and fusion sites were evaluated using quantitative computed tomographic (CT) scans to assess bone mineral density. In the present assignment it could be shown, that TGplPTH1-34, combined with TricOs, nor TGplBMP-2 is appropriate as cagefilling compared with autologous cancellous bone. There was a fusion as estimated in group 2 and 3 (0.7 mg/ml respectively 0.4 mg/ml TGplPTH1-34 combined with TricOs) twelve weeks postoperatively, but considering the other parameter, which were tested, the results are nonsatisfying. However, the computed tomographic evaluation to assess bone mineral density could have demonstrated false positive results for the groups which content TricOs. These should be proven in histological testings, which was not matter of the present dissertation. Referring to group 8, which contented TGplBMP-2, the bone mineral density was adequate, though disc space height and intervertebral angle were insufficient. Additional to that mentioned appraisals in some cases there was a migration of the implant towards ventral. Although these results are encouraging, safety issues of the modified PTH1-34 and especially BMP-2 application for spinal fusion still have to be addressed. The explorative character of the present assignment should be considered.