Knochentransplantate: Neue Entwicklungen

Viele Wirbelsäulenerkrankungen, die operativ behandelt werden, erfordern ein Verfahren namens Wirbelsäulenfusion. Wirbelsäulenfusion ist das Verbinden oder Verschmelzen eines oder mehrerer Wirbel, um Schmerzen zu lindern und die Wirbelsäule zu stabilisieren. Während einer Wirbelsäulenfusion kann eine Vielzahl von Implantaten, Schrauben und Käfigen verwendet werden, um die Fusion zu verbessern. Die Fusion gilt jedoch nur dann als erfolgreich, wenn die Knochen biologisch zusammenwachsen und eine feste Masse bilden.

Um diese biologische Fusion zu erreichen, müssen Knochentransplantate oder andere biologische Produkte verwendet werden, die das Knochenwachstum fördern. Gegenwärtig gibt es viele verschiedene Arten von Biologika, mit denen Chirurgen eine solide Wirbelsäulenfusion erreichen können. Für Patienten und Chirurgen ist es sehr wichtig, alle Optionen und die Funktionsweise dieser Biologika zu verstehen. Da der Erfolg jedes einzelnen variiert, muss bei der Auswahl eines Transplantatmaterials sorgfältig abgewogen werden.Autogenes Knochentransplantat
Der Goldstandard der Knochentransplantation ist die Entnahme des eigenen Knochens. Dies wird als autogenes Knochentransplantat bezeichnet. Dies bedeutet, dass der Chirurg zum Zeitpunkt der Operation einen separaten Einschnitt vornimmt und ein kleines Stück Knochen aus einem Bereich des Körpers nimmt, in dem es nicht benötigt wird. Typischerweise werden autogene Knochentransplantate aus dem Becken oder Beckenkamm entnommen. Die autogene Knochentransplantation weist hervorragende Fusionsraten auf und ist zum Standard geworden, an dem alle anderen Biologika gemessen werden. Viele Chirurgen bevorzugen autogene Knochentransplantate, da keine Gefahr besteht, dass der Körper das Transplantat abstößt, da es aus dem eigenen Körper des Patienten stammt.

Es gibt Nachteile der autogenen Knochentransplantation, einschließlich der Notwendigkeit einer zusätzlichen Inzision, Schmerzen und Schmerzen, die oft lange nach der Heilung der Operation anhalten, sowie mögliche Komplikationen wie erhöhter Blutverlust und längere Zeit im Operationssaal. Komplikationen wie diese treten bei etwa 10% -35% der Patienten auf und variieren in ihrer Schwere. Selbst bei Verwendung des patienteneigenen Knochens werden nicht immer 100% ige Fusionsraten erreicht, weshalb andere Fusionstechniken entwickelt wurden.

Allograft Knochentransplantat
Um die Probleme im Zusammenhang mit der Entnahme des eigenen Knochens des Patienten zu minimieren, wurden eine Reihe anderer Fusionstechniken entwickelt, die biologische Produkte als Knochentransplantat-Extender oder als Knochentransplantat-Ersatz verwenden. Eine häufige Quelle für Knochentransplantat Ersatz oder Extender ist die Verwendung von Allotransplantat Knochen. Ein Allograft-Knochentransplantat ist Knochen, der von Leichen oder verstorbenen Personen geerntet wurde, die ihren Knochen zur Behandlung lebender Patienten gespendet haben. Dies wird häufig in vielen Formen für Wirbelsäulenfusionen verwendet, die von zervikalen Interkörperfusionen bis hin zu lumbalen Interkörperfusionen reichen, und kann eine hervorragende strukturelle Unterstützung bieten.

Der Nachteil von Allotransplantatstrukturknochen besteht darin, dass er das Knochenwachstum nicht sehr gut fördert und daher eine Wirbelsäulenfusion nur sehr schwach stimuliert. Obwohl es erfolgreich für Kurzzeitfusionen in der Halswirbelsäule eingesetzt wird, ist es kein wirksames biologisches Stimulans, um dies erfolgreich zur Erzielung einer Wirbelsäulenfusion in der Brust- oder Lendenwirbelsäule einzusetzen. Studien haben gezeigt, dass bei Verwendung von Allotransplantatknochen als einzigem Transplantatmaterial die Fusionsraten in der Brust- und Lendenwirbelsäule extrem schlecht und die Versagensrate sehr hoch sind.

Demineralisierte Knochenmatrix
Manchmal kann Allograftknochen demineralisiert werden, ein Prozess, bei dem einige der Proteine, die die Knochenbildung stimulieren, aus dem Knochen extrahiert werden. Diese Proteine werden verarbeitet und sind in verschiedenen Formen erhältlich. Diese Art von Produkt wird demineralisierte Knochenmatrix genannt und kann leicht anstelle oder als Extender für den eigenen Knochen des Patienten verwendet werden. Obwohl es in Tierversuchen erfolgreich Stacheln verschmolzen hat, gibt es keinen Beweis dafür, dass dies ein ausreichend starker Stimulus ist, um eine menschliche Wirbelsäule erfolgreich zu verschmelzen, und daher nicht für die Verwendung ohne Zugabe des eigenen Knochens des Patienten empfohlen wird. Es wird nur als Knochentransplantat-Extender und nicht als Ersatz empfohlen.

Andere Transplantatverlängerer
Es gibt verschiedene Substanzen wie Keramik, Calciumphosphate und andere synthetische Materialien, die ähnliche biomechanische Eigenschaften und Strukturen wie Leichenknochen aufweisen; sie sind jedoch nicht biologisch aktiv und stimulieren selbst keine Wirbelsäulenfusion. Diese Produkte werden derzeit nur zur Verwendung als Knochentransplantat-Extender empfohlen. In jüngster Zeit besteht ein Interesse daran, diese Materialien durch Zugabe von Knochenmarkaspirat aufzuladen. Hierbei handelt es sich um ein Verfahren, bei dem Knochenmarkszellen in einer Spritze aufgenommen und auf den Strukturträger wie Keramik oder Leichenknochen getränkt werden. Da diese Produkte selbst nicht biologisch aktiv sind, kann die Zugabe der Knochenmarkzellen des Patienten ihnen mehr biologische Aktivität verleihen. Dies wird derzeit getestet; Es gibt jedoch keine guten Langzeitstudien am Menschen, die zeigen, dass dies bei der Stimulierung der Wirbelsäulenfusion wirksam ist. Bisher haben die Ergebnisse gezeigt, dass diese Technik der Verwendung des eigenen autogenen Knochentransplantats des Patienten unterlegen ist. Es werden mehrere synthetische Träger entwickelt, die auch eine Stimulation mit Knochenmarkszellen benötigen, um eine Art biologische Aktivität zu haben. Leider haben Studien gezeigt, dass diese Träger auch weit hinter der Verwendung des eigenen Knochens des Patienten zurückbleiben.

Blutprodukte
Ein weiterer Bereich von biotechnologischem Interesse ist die Verwendung von Blutprodukten wie Thrombozytengelen, die aus dem eigenen Blut des Patienten entnommen werden. Dieses gelartige Material wird erzeugt, indem eine Konzentration von Blutplättchen, die wichtige Gerinnungsfaktoren sind, aus dem eigenen Blut des Patienten isoliert wird. Das Plättchengel enthält viele Wachstumsfaktoren, die bei der Knochenbildung helfen können und eine Schlüsselrolle bei der Bildung und Reifung der knöchernen Wirbelsäulenfusion spielen können. Der Vorteil der Verwendung von Thrombozytengelen besteht darin, dass sie mit sehr wenigen Komplikationen leicht aus dem Blut des Patienten entfernt werden können. Der Hauptnachteil besteht darin, dass sie keine osteoinduktiven Proteine enthalten, was bedeutet, dass sie nicht stark genug sind, um die Knochenbildung zu induzieren. Sie können als Transplantatverlängerer, aber nicht als Transplantatersatz verwendet werden. Alle oben diskutierten Produkte haben sich nicht als so wirksam erwiesen wie die Verwendung des patienteneigenen autogenen Knochens zur Wirbelsäulenfusion. Sie gelten alle als Transplantatverlängerer und können das eigene Knochentransplantat des Patienten ergänzen, sollten jedoch nicht anstelle des eigenen Knochens des Patienten verwendet werden.

Knochenmorphogenetische Proteine
Die nächste Produktkategorie werden Wachstums- und Differenzierungsfaktoren genannt. Dies sind sehr starke Stimulanzien für die Knochenbildung und können als Transplantatersatz verwendet werden. Diese Proteine spielen eine Schlüsselrolle im körpereigenen natürlichen Knochenbildungsprozess und kommen natürlicherweise an Stellen der Wirbelsäulenfusion vor. Diese Proteine können in Bereichen produziert, konzentriert und im Körper platziert werden, in denen die Knochenbildung erforderlich ist, und sind stark genug, um die Knochenbildung zu stimulieren, ohne dass der eigene Knochen des Patienten entnommen werden muss. Diese Proteine wurden von Dr. Marshall Urist, ein orthopädischer Chirurg an der UCLA-Abteilung für orthopädische Chirurgie in Los Angeles, CA. Durch seine bahnbrechende Arbeit entdeckte er diese Proteine und nannte sie knochenmorphogenetische Proteine oder BMPs.

Es gibt verschiedene BMPs, die natürlicherweise im Körper vorkommen, und viele spielen eine entscheidende Rolle bei der Knochenbildung. Die vielversprechendsten Proteine sind BMP-2 und BMP-7. Diese beiden Proteine wurden bei Tieren und Menschen mit vielversprechenden Ergebnissen ausgiebig untersucht. Beide Proteine haben gezeigt, dass sie die Wirbelsäulenfusion gleichermaßen oder sogar besser stimulieren als autogenes Knochentransplantat. Sie erreichen dies, indem sie „normale“ Zellen dazu anregen, sich in knochenbildende Zellen zu verwandeln. Dies wiederum führt zu einer soliden Wirbelsäulenfusion. BMP-2, der am umfangreichsten untersuchte Wachstumsfaktor, hat gezeigt, dass spinale Fusionen schneller und mit höheren Erfolgsraten erreicht werden, wenn sie allein verwendet werden, verglichen mit der Verwendung des autogenen Knochentransplantats des Patienten. Die Verwendung von BMP-2 bei Wirbelsäulenfusionen beseitigt die Notwendigkeit, den eigenen Knochen des Patienten zu entnehmen, sowie die Nebenwirkungen und möglichen Komplikationen des Transplantationsverfahrens. BMP-2 hat die vorläufige FDA-Zulassung erhalten und wird höchstwahrscheinlich der erste Wachstumsfaktor sein, der für die allgemeine Verwendung bei menschlichen Patienten zur Wirbelsäulenfusion verfügbar ist.

rhBMP-2 wurde kürzlich von der Food and Drug Administration (FDA) für bestimmte Anwendungen zugelassen. Fragen Sie Ihren Chirurgen, um zu erfahren, ob Sie ein Kandidat sind.

Kommentar von Iain Kalfas, MD

Dieser Artikel beschreibt kurz, aber genau den aktuellen Stand der Knochenfusionstechnologie und ihre Anwendung in der Wirbelsäulenchirurgie. Obwohl eine umfangreiche Erfahrung mit der Verwendung von Autotransplantaten erfolgreiche Ergebnisse bei der Erzielung einer soliden Wirbelsäulenfusion gezeigt hat, haben die negativen Aspekte der Gewinnung des eigenen Knochens des Patienten Forscher und Kliniker dazu veranlasst, neue und weniger invasive Wege zu untersuchen, um ähnliche Ergebnisse zu erzielen. Die Forschung auf dem Gebiet der Knochenphysiologie und -biochemie schreitet rasch voran und kann, wie der Autor betont, dazu beitragen, das Ausmaß größerer Wirbelsäulenfusionsoperationen in Zukunft zu minimieren.