Experimentální léčba diafyzárního kostního defektu využitím biodegradabilních materiálů spongioplastiky a jejich srovnání

MUDr. Jan Škvařil, Ph.D.

Doctoral thesis

Experimental treatment of the diaphyseal bone defect by using tricalcium phosphate and spongioplasty and their comparison

Abstract:

Úvod: Kostní defekty jsou problematikou zejména traumatologie, ortopedie a onkologie. Tradiční metodou léčby je autospongioplastika, v popředí zájmu je dnes použití resorbovatelných materiálů s osteoindukčními vlastnostmi (trikalciumfosfát - ChronOS). Cílem předkládané studie je ověření použití samotného trikalciumfosfátu v léčbě velkého diafyzárního defektu na modelu miniaturního prasete. Pozitivní výsledek by mohl omezit nutnost provádění spongioplastiky a zjednodušit celý proces léčby. Získané výsledky budou také sloužit jako technologická východiska pro studium možnosti náhrady kostních defektů mezenchymovými kmenovými buňkami. Materiál a metodika: Experimentální skupinu tvořilo 25 miniaturních prasat z certifi kovaného chovu Ústavu živočišné fyziologie a genetiky Akademie věd. Do vytvořeného diafyzárního defektu byl vložen Trikalciufosfát či autoštěp a zafi xován. U 12 prasat byl použit k náhradě defektu Trikaciumfosfát a jako fi xace byla u poloviny z této skupiny použita LCP dlaha a u druhé poloviny LCP dlaha a intramedulárně zavedený Kirschnerův drát. U 13 prasat byl použit k náhradě defektu autogenní spongiózní štěp a jako fi xace byla u poloviny z této skupiny použita LCP dlaha a u druhé poloviny LCP dlaha a intramedulárně zavedený Kirschnerův drát. Po zhojení byla tato oblast histologicky zpracována a hodnocena stran tvorby nové kostní tkáně a přihojení k původní kosti v místě okrajů defektu. Výsledky: Z výsledků vyplývá, že ve skupině s použitím autoštěpů došlu k výraznější novotvorbě zralé kostní tkáně. Při hodnocení okrajů defektu stran přihojení k původní kosti byly výsledky u skupiny s autoštěpem výrazně lepší. Závěr: Očekávané osteoindukční vlastnosti samotného trikalciumfosfátu se u rozsáhlého defektu diafýzy stehenní kosti v provedeném experimentu nepotvrdily. Náhradu autospongioplastiky jinou neinvazivní metodou v léčbě velkých kostních defektů je třeba nadále experimentálně hledat. Východiskem může být použitá operační metodika a využití vhodného biologického nosiče poskytujícího mechanickou oporu v kombinaci s trikalciumfosfátem nebo mezenchymovými kmenovými buňkami.

Abstract:

Introduction: Bone defects are, in particular, the problematics of traumatology, orthopedics and oncology. The traditional method of treatment is autospongioplastics, nowadays the use of absorbable materials with osteoinductive properties (tricalcium phosphate - ChronOS)1,2 is in the forefront. The aim of the submitted study is to verify the application of tricalcium phosphate itself as a treatment of a large diaphyseal bone defect in a model of a miniature pig. A positive result could reduce the necessity of bonegrafting and thus simplify the whole process of treatment. The results obtained will serve as technological starting points for further studies regarding the possibility of replacement of bone defects by mesenchymal stem cells. Materials and methods: The experimental group was made up of 25 miniature pigs from the certifi ed breeding of the Institute of Animal Physiology and Genetics Academy of Sciences. The tricalcium phosphate, or autograft, was applied and fi xed into the diaphyseal bone defect, which was formed. In 12 pigs the tricalcium phosphate as a replacement of the defect was used and at one half we used only LCP as the fi xation and at second half we used LCP and application of intramedullary Kirschner wire. In 13 pigs autogennous cancellous graft was used and again at one half we used only LCP as the fi xation and at second half we used LCP and intramedullary Kirschner wire. After healing, this area was processed from the histological point of view and evaluated with respect to the new formation of bone tissue and engraftment to the original bone, in the area of the edges of the defect. Results: The results demonstrate that in the group with the application of autografts, more distinctive new formation of the mature bone tissue occurred. While evaluating the edges of the defect with regard to the engraftment to the original bone, the results in the group with the application of autograft were distinctively better. Conclusion: In the experiment conducted, the expected osteoinductive properties of the tricalcium phosphate itself have not been confi rmed for the extensive defect of the femoral diaphysis. It is necessary to go on searching for the replacement of autospongioplastics by another noninvasive method for the treatment of extensive bone defects, by means of conducting experiments. The starting point might be the applied surgery method and the use of an appropriate biological carrier that will provide a mechanical support in combination with the tricalcium phosphate or mesenchymal stem cells.

Keywords

kostní defekt, trikalciumfosfát, autospongioplastika bone defect, tricalcium phosphate, autospongioplastics

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 31. 3. 2014

Thesis defence

• Date of defence: 13. 5. 2014
• Supervisor: prof. MUDr. Ladislav Plánka, Ph.D.

Masaryk University

Faculty of Medicine

Doctoral programme / field:
Surgery (4-years) / Surgery