[Seite 18↓]

2  Experimentelle Untersuchungen

2.1 Tiermodell Schafshalswirbelsäule

Für die Durchführung und Interpretation tierexperimenteller Untersuchungen ist die Wahl des adäquaten Tiermodels entscheidend. Obwohl die Schafshalswirbelsäule als Tiermodell der humanen Halswirbelsäule bereits vor dieser Untersuchung etabliert war [201], ist die bestehende Datenlage nicht dazu geeignet, eine zuverlässige Interpretation der im Tierexperiment gewonnenen Ergebnisse zu gewährleisten. Im Einzelnen wurden daher folgende Fragestellungen in dieser anatomisch-biomechanischen Untersuchung adressiert.


[Seite 19↓]


[Seite 20↓]


[Seite 21↓]


[Seite 22↓]


[Seite 23↓]


[Seite 24↓]


[Seite 25↓]


[Seite 26↓]


[Seite 27↓]


[Seite 28↓]


[Seite 29↓]

Da sich in dieser Untersuchung gezeigt hatte, dass das Bewegungssegment C3/C4 der Schafshalswirbelsäule als Model des humanen Bewegungssegmentes C3/C4 geeignet ist, wurden alle weiteren Untersuchungen an diesem Bewegungssegment durchgeführt.


[Seite 30↓]

2.2  Zervikale Cages

2.2.1 In vitro Untersuchung zervikaler Cages

Zervikale Cages können nach Weiner [200] in 3 verschiedene Designgruppen unterteilt werden: Schrauben-, Box- und Zylinderdesigne. Die bisher vorliegenden Untersuchungen [140,203] lassen keine eindeutige Aussage darüber zu, ob prinzipielle Unterschiede in der biomechanischen in vitro Primärstabilität zwischen diesen Cagedesigngruppen bestehen. Der Einfluss des Cagedesigns auf die biomechanische in vitro Primärstabilität bleibt demzufolge momentan unklar und sollte in dieser rein biomechanischen Untersuchung geklärt werden.


[Seite 31↓]


[Seite 32↓]


[Seite 33↓]


[Seite 34↓]


[Seite 35↓]


[Seite 36↓]


[Seite 37↓]


[Seite 38↓]


[Seite 39↓]

Diese Untersuchung konnte zeigen, dass Cages mit Schraubendesign nur eine geringe Primärstabilität in vitro aufweisen. Hingegen legt die in dieser Untersuchung dokumentierte hohe in vitro Primärstabilität des Syncage-C dessen in vivo Evaluation nahe. Der aus dieser Untersuchung hervorgegangene Parameter der Volumen-bezogenen-Steifigkeit macht darüber hinaus auch die Evaluation des Harmscages in vivo interessant, obwohl dessen in vitro Primärstabilität deutlich geringer ist als die des Syncage-C.


[Seite 40↓]

2.2.2  In vivo Untersuchung zervikaler Cages

In klinischen Untersuchungen finden sich Hinweise, dass Cages im Vergleich zum trikortikalen Beckenkammspan in der Lage sind, die Ergebnisse der intervertebralen Spondylodese zu verbessern [19,[],66,67,111,112,113,152]. Zusätzlich konnte trotz ähnlicher Evaluationsprotokolle eine relevante Variabilität des operativen Erfolges bei Verwendung verschiedener zervikaler Cagedesigns demonstriert werden [66,67,152,155]. Ob diese Ergebnisvariabilität eine Folge von operativen Faktoren ist oder ob das Implantatdesign der Cages hierbei eine entscheidende Rolle spielt, ist derzeit unbekannt.


[Seite 41↓]


[Seite 42↓]


[Seite 43↓]


[Seite 44↓]


[Seite 45↓]


[Seite 46↓]


[Seite 47↓]


[Seite 48↓]


[Seite 49↓]


[Seite 50↓]


[Seite 51↓]


[Seite 52↓]


[Seite 53↓]

Diese Untersuchung konnte nachweisen, dass mit Spongiosa gefüllte Cages im Vergleich zum trikortikalen Beckenkammspanimplantat in der Lage sind, die Ergebnisse der zervikalen Spondylodese zu verbessern. Die vorliegende Untersuchung konnte des weiteren zeigen, dass trotz standardisierter Operationsbedingungen Unterschiede im Einheilungsverhalten verschiedener Cagedesigns existieren.


[Seite 54↓]

2.2.3  Einfluss von Designparametern auf das Cage-Einheilungsverhalten

Da das Design von Cages offensichtlich eine wesentliche Bedeutung für die Einheilung der Implantate hat, sollte in dieser Untersuchung geklärt werden, welche Designparameter im Einzelnen Einfluss auf das Einheilungsverhalten ausüben. Als entscheidende Designparameter wurden bisher in in vitro Untersuchungen die Endplattenkonfiguration (Auflagefläche), die maximale Pore in der Auflagefläche und die in vitro Primärstabilität des Cages definiert [25,29,51,79,87,165]. Ziel dieser Untersuchung war es daher, folgende aus vorausgegangenen Untersuchungen hervorgegangene Hypothesen auf ihre Bedeutung zu prüfen:


[Seite 55↓]


[Seite 56↓]


[Seite 57↓]


[Seite 58↓]


[Seite 59↓]


[Seite 60↓]


[Seite 61↓]


[Seite 62↓]


[Seite 63↓]


[Seite 64↓]

Diese Untersuchung konnte zeigen, dass designspezifische Charakteristika von Cages existieren, die das Einheilungsverhalten der Implantate definieren. Von besonderer Bedeutung für das Einheilungsverhalten eines Cages ist das "stress shielding" des Implantates auf die inkorporierte Spongiosa. Der Harmscage weist aufgrund des geringeren "stress shielding" ein signifikant besseres Einheilungsverhalten auf als der Syncage-C. Daher wurde in allen folgenden Untersuchungen der Harmscage eingesetzt.


[Seite 65↓]

2.3  Wachstumsfaktoren und Carrier-Systeme

2.3.1 Kollagen- und PDLLA-Carrier zur BMP-2 Applikation

Da bei der Verwendung von Polylaktid-Carriern inflammatorische Reaktionen mit begleitender Ausbildung von Osteolysen beschrieben wurden [53], fanden in der experimentellen Wirbelsäulenchirurgie bisher, trotz zahlreicher Nachteile, vorwiegend Kollagen-Carrier zur lokalen Applikation von Wachstumsfaktoren Anwendung. [127,167,180,184]. Eine neu entwickelte dünne PDLLA-Beschichtung von Implantaten zur lokalen Freisetzung von Wachstumsfaktoren könnte im Vergleich zu derzeit verfügbaren Polylaktid- und Kollagen-Carriern Vorteile aufweisen [73,171].


[Seite 66↓]


[Seite 67↓]


[Seite 68↓]


[Seite 69↓]


[Seite 70↓]


[Seite 71↓]


[Seite 72↓]


[Seite 73↓]


[Seite 74↓]


[Seite 75↓]

Diese Untersuchung konnte zeigen, dass der PDLLA-Carrier eine sichere und effektive lokale Applikation von Wachstumsfaktoren erlaubt. Zusätzlich konnte nachgewiesen werden, dass der PDLLA-Carrier im Vergleich zum Kollagen-Carrier eine Verbesserung der Ergebnisse der intervertebralen Spondylodese ermöglicht. Daher wurden alle folgenden Untersuchungen mit dem PDLLA-Carrier durchgeführt.


[Seite 76↓]

2.3.2  Dosisabhängige Wirksamkeit von IGF-I und TGF-b1

Die spinale Applikation von BMP-2 ist mit Nachteilen verbunden [81,106,133]. Alternativ machen die synergistischen Effekte von IGF-I und TGF-b1 auf die Knochenneubildung und –regeneration [83,137,181] deren kombinierte Applikation zur Stimulation der intervertebralen Spondylodese interessant. Da die kombinierte Applikation von IGF-I und TGF-b1 bisher noch nicht untersucht wurde, musste zunächst eine adäquate Dosis für diese Wachstumsfaktorenkombination definiert werden.


[Seite 77↓]


[Seite 78↓]


[Seite 79↓]


[Seite 80↓]


[Seite 81↓]


[Seite 82↓]


[Seite 83↓]


[Seite 84↓]


[Seite 85↓]


[Seite 86↓]


[Seite 87↓]

Anhand dieser Untersuchung konnte gezeigt werden, dass die kombinierte lokale Applikation von IGF-I und TGF-b1 mittels PDLLA-beschichtetem Cage in der Lage ist, die intervertebrale Spondylodese zu stimulieren. Zusätzlich konnte eine geeignete Dosis dieser Wachstumsfaktorenkombination für die weiteren Untersuchungen definiert werden.


[Seite 88↓]

2.3.3  IGF-I und TGF-b1 im Vergleich zu autologem Knochenmaterial und BMP-2

Eine neues experimentelles Verfahren, wie die kombinierte lokale Applikation von IGF-I und TGF-b1 mittels PDLLA-beschichtetem Cage, muss hinsichtlich seiner Effektivität an Standard-Therapieverfahren gemessen werden. Als Standard-Therapieverfahren zur ventralen interkorporellen Spondylodese der Halswirbelsäule werden die Stabilisierung mit trikortikalem Beckenkammspan und mittels Spongiosa-augmentierter intervertebraler Cages angesehen. Zusätzlich hat sich die Applikation des Wachstumsfaktors BMP-2 zur Stimulation der intervertebralen Spondylodese als „experimenteller goldener Standard“ etabliert.


[Seite 89↓]


[Seite 90↓]


[Seite 91↓]


[Seite 92↓]


[Seite 93↓]


[Seite 94↓]


[Seite 95↓]


[Seite 96↓]


[Seite 97↓]


[Seite 98↓]


[Seite 99↓]


[Seite 100↓]


[Seite 101↓]


[Seite 102↓]


[Seite 103↓]


[Seite 104↓]


[Seite 105↓]


[Seite 106↓]


[Seite 107↓]


[Seite 108↓]


[Seite 109↓]


[Seite 110↓]


[Seite 111↓]


[Seite 112↓]


[Seite 113↓]


[Seite 114↓]

Diese Untersuchungen konnten zeigen, dass die intervertebrale Spondylodese durch IGF-I und TGF-b1 mittels PDLLA-beschichtetem Cage bessere Ergebnisse zeigt als mit autologem Knochenmaterial. Gleichzeitig konnte die Entnahmemorbidität autologen Knochenmaterials vermieden werden. Zusätzlich konnte demonstriert werden, dass die intervertebrale Spondylodese durch IGF-I und TGF-b1 mittels PDLLA-beschichtetem Cage der Applikation von BMP-2 äquivalent ist.


© Die inhaltliche Zusammenstellung und Aufmachung dieser Publikation sowie die elektronische Verarbeitung sind urheberrechtlich geschützt. Jede Verwertung, die nicht ausdrücklich vom Urheberrechtsgesetz zugelassen ist, bedarf der vorherigen Zustimmung. Das gilt insbesondere für die Vervielfältigung, die Bearbeitung und Einspeicherung und Verarbeitung in elektronische Systeme.
DiML DTD Version 3.0Zertifizierter Dokumentenserver
der Humboldt-Universität zu Berlin
HTML-Version erstellt am:
21.01.2004