Humán albuminnal kezelt liofilizált strukturális allograftokkal szerzett sebészi tapasztalatok

Átírás

1 A Bács-Kiskun Megyei Kórház Ortopédiai Osztály Kecskemét 1, a Petz Aladár Megyei Oktató Kórház, Nyugat-magyarországi Regionális Szövetbank Osztály, Győr 2, a Debreceni Egyetem Orvos- és Egészségtudományi Centrum Ortopédiai Klinika 3, és a Semmelweis Egyetem Ortopéd Klinika 4 közleménye Humán albuminnal kezelt liofilizált strukturális allograftokkal szerzett sebészi tapasztalatok DR. KLÁRA TAMÁS 1, DR. JANOSITZ GÁBOR 1, DR. KOVÁCS GYULA 1, DR. CSÖNGE LAJOS 2, DR. CSERNÁTONY ZOLTÁN 3, DR. LACZA ZSOMBOR 4 Érkezett: június 5. ÖSSZEFOGLALÁS Az autograftok kiváló tulajdonságai de korlátozott mennyisége, alakformálással kapcsolatos nehézségei, a donor oldal morbiditása miatt az allograft mint alternatív lehetőség mindinkább elterjedőben van. A donorcsontok különböző típusú sterilizálása csökkenti csontregenerációs potenciáljukat, elpusztítja az oszteogenetikus sejteket és denaturálja az oszteoinduktív fehérjék jelentős részét az allograft felszínén. Ebből adódóan az allograftot jó oszteokonduktív, ugyanakkor alacsony oszteoinduktív és oszteogenikus képesség jellemzi, ami hosszú és bizonytalan beépülési rátát eredményez a befogadó szövetben. A fehérjeszerkezet pótlása javíthatja az allograftok sejtadhéziós tulajdonságait, és a csontallograftok humán albuminréteggel történő bevonása jelentősen javítja a csontvelőből származó őssejtek megtapadását és proliferációját a felszínen. Célunk a nagyméretű strukturális allograftok remodellációs képességének javítása térd-, illetve csípőprotézis revíziók során történt allograft protézis-kompozit beültetések során. 15 esetben végeztünk ilyen típusú műtétet, térdprotézis revíziója során tibia pótlás történt, csípőprotézis revíziója kapcsán femur, acetabulum, valamint femur + acetabulum kiterjedt csonthiányát pótoltunk albuminnal kezelt liofilizált strukturális allografttal. Kulcsszavak: Arthroplastica, csípő Módszerek; Arthroplastica, térd Módszerek; Csont-transzplantáció Módszerek; Sejt adhézió; Szérum albumin Fiziológia; Transzplantáció, homológ; T. Klára, G. Janositz, Gy. Kovács, L. Csönge, Z. Csernátony, Zs. Lacza: Surgical experience with structural lyophilized bone allografts, treated with human serum albumin coating Earlier preclinical experience showed that blood-derived fractions such as platelet-rich plasma or serum albumin beneficially change the remodelling of various bone substitutes. However, application of growthpromoting anabolic solutions is impractical and can easily lead to unwanted side-effects. Lyophilization of anabolic proteins on the allograft can achieve a stable, off-the-shelf product which may facilitate acceptance of this therapeutic approach. In the present study we report surgical experience during the implantation of human albumin-coated lyophilized bone allografts. In 15 cases of aseptic loosening of hip or knee prosthesis the loss of bone stock required the use of large structural bone allografts in order to support a new prosthesis implantation. We used bone allografts which were first cleaned from all organic materials then lyophilized which was followed by rehydration in human albumin solution and a 2nd cycle of lyophilization. Final sizing of the graft was performed during the operation. The albumin coating did not cause any noticeable change in the texture of the bone grafts. In several cases the graft was cemented to the prosthesis ex vivo and implanted together, and even in these cases where good physical attachment is necessary, the albumin-coated graft was easily implanted. There were no graft-related complications in the early recovery phase. Based on these experiences we conclude that the delivery of anabolic proteins through lyophilized bone allografts is easily accepted by the surgical team and does not require any modifications of the routine procedure. Therefore, freeze-dried bone allografts can also be used for drug delivery in the surgical practice. Magyar Traumatológia Ortopédia Kézsebészet Plasztikai Sebészet

2 Key words: Arthroplasty, replacement, hip Methods; Arthroplasty, replacement, knee Methods; Bone Transplantation Methods; Cell adhesion; Serum albumin Physiology; Transplantation, homologous; BEVEZETÉS A csont-transzplantáció első publikációját 1682-ben von Meekeren közölte, de érdemi írásos közleményben 1810-ben Merrem, illetve 1820-ban P. Von Walther már humán autológ csontátültetésről számoltak be ban Axhausen, illetve Albee periosteum, illetve csontvelő transzplantációval, valamint különböző módszerekkel előkészített csontok sikeres klinikai alkalmazásáról közöltek eredményeket (1). Napjainkban a csont a második leggyakrabban átültetett emberi szövet a vér után. Az autograftok jelentik a legbiztosabb megoldást a csontdefektus kitöltésére, mert ezek biztosítják a leggyorsabb beépülést immunológiai komplikációk nélkül. Noha kevés érett oszteoblaszt éli túl a transzplantációt, az életben maradó prekurzor sejtek száma megfelelő. Az oszteogenikus potenciál ezekből a prekurzor sejtekből eredeztethető. Közismert, hogy az autograftok használata komoly korlátokba ütközik, mint például korlátozott elérhetőség, donor helyi morbiditás, hegkomplikációk, helyi érzéskiesés, gyakran jelentkező krónikus fájdalom (3). Az allograftok alternatív megközelítésként részben hasonló tulajdonságokkal rendelkeznek, de komoly hátrányuk az oszteogenikus képesség hiánya. Az allograftok rendelkeznek ugyan oszteoinduktív tulajdonságokkal, amely leginkább a csontdarálékra, illetve a demineralizált készítményekre jellemző. Az allograftok legismertebb, bár nem gyakori szövődményei közé tartoznak: a grafttörés, az álízület kialakulása a graft csont találkozásnál, az immunológiai komplikációk és a fertőzés. Egyre nagyobb a klinikai igény olyan új technológiák kifejlesztésére, amelyek lehetővé teszik a napi gyakorlatban megbízhatóbb és hatékonyabb konzervcsontok előállítását. Két meghatározó irányvonal létezik, amelyek eltérő tervezési kritériumok szerint közelítik meg a kívánt eredményt. Egyrészt létezik a teljes mértékben in vitro szövetépítés, amelynek során élő szöveteket hoznak létre a laboratóriumban, és ültetnek be (11, 21). Másrészt van egy egyszerűbb megközelítés, miszerint egy sejtmentes vázszerkezetet ültethető be, amely magához vonzza a saját őssejteket, hogy kolonizálják a graftot és in situ építsék fel a szövetet. A teljes mértékű szövetépítést preferáló megközelítéssel végső soron jobb eredményeket produkálhatunk, jelenleg az egyszerűsített, sejtmentes implantátumok beültetése az elterjedtebb módszer és ez utóbbi megoldás a közeljövőben bekerülhet a rutin eljárások sorába. ANYAG ÉS MÓDSZER A strukturális konzervcsontok egyik leggyakoribb felhasználási területe a protézis allograft kompozit. Az évtizedek óta használt módszer elsősorban csípőprotézis revíziók során a proximalis femur pótlására kialakított strukturális allograft. A beültetés indikációi a teljes proximalis femurt, azaz a Gruen 2-es, 3-as, 6-os, 7-es zónát érintő körkörös (6, 13), szegmentális Paprosky III, illetve IV típusú oszetolízissel (2, 4, 18, 22), valamint a Vancouver B3-as típusú töréssel járó csontvesztés (19, 20). Számos nagy esetszámot feldolgozó utánkövetés rendkívül hasonló jellegű szövődményrátát igazolt, amelynek elsőszámú oka a graftok csekély mértékű remodellációs képessége volt (12). E képesség fokozása érdekében számos in vitro és in vivo kutatás zajlik. Az allograft felületkezelésével kapcsolatos alapkutatásokat a Semmelweis Egyetem Humán Élettani és Klinikai Kutató Intézete végezte (25). Az allograft felszínét különböző anyagokkal vonták be (fibronektin, kollagén, borjú szérum, humán albumin) és különböző technikákkal értékelték a csontvelő eredetű mesenchymalis őssejtek megtapadását, túlélését. Egyértelműen a humán albuminnal kezelt allograftok adták a legjobb eredményt mind az őssejtek megtapadása, mind a proliferációs képesség tekintetében. A konzerválási lehetőségek közül 252 Magyar Traumatológia Ortopédia Kézsebészet Plasztikai Sebészet

3 Humán albuminnal kezelt liofilizált strukturális allograftokkal szerzett sebészi tapasztalatok a fagyasztva szárítást részesítették előnyben (24). A fagyasztva szárított humán allgraftokat a Petz Aladár Megyei Oktató Kórház Nyugat- Magyarországi Regionális Szövetbankja végezi. Az eredeti szövetkonzervet a gyártás folyamán úgy módosították, hogy a konzerválási folyamat végén a csont felületét 10%-os humán albuminnal kezelik (Low Salt content Biotest Human Albumin infusion- Biotest Pharma GmbH, Dreieich, Németország), majd újra liofilizálják aszeptikus körülmények között. A csont felszínét egyenletesen albumin fedi, ami a gyakorlati felhasználásban nem okoz változást. Az albumin az eddigi állatkísérletek szerint elősegíti az autológ csontvelői eredetű mesenchymalis őssejtek (BMSC) koncentrált megtapadását, és proliferációját ami gyorsabb csontgyógyuláshoz és regenerációhoz végzett in vivo állatkísérletek során ben a Győr-Moson-Sopron megyei Kormányhivatal Népegészségügyi Szakigazgatási Szerve által kiadott etikai engedély (IKTSZ /2011) óta 15 alkalommal végeztünk térd-, illetve csípőprotézis revíziók során humán albuminnal kezelt liofilizált strukturális allograft beültetést. Öt esetben proximalis tibia, 3 esetben proximalis femur, 1 esetben proximalis femur + acetabulum, 6 esetben acetabulum pótlása történt. Minden műtétet aszeptikus lazulás előzött meg. A térdprotézis lazulása és a csontvesztés mértéke az Engh (AORI) szerinti klasszifikáció szerint történik (10). Totál térdprotézis revíziók során eseteinkben csak a tibiát érintő csontvesztés miatt történt csontpótlás. T2/b T3 típusú tibia komponens lazulások során a csonthiánynak megfelelő graftot képeztünk ki. Szükség esetén a teljes felszínt egy blokkal pótoltuk (1. a b ábra), de lehetőség volt medialis felszínpótló protézis T2/b. típusú lazulása esetén egy medialisan 4 cm-es, lateralisan 2 cmes Z alakú graft beültetésére. Minden esetben törekedtünk a tuberositas tibiae megtartására, részben az extensor apparátus megóvása, részben az ízületi sík meghatározása miatt. A csonthiánynak megfelelően kialakított graftotot a revíziós tibia komponensnek megfelelően kiképeztük. Beültetéskor csak a tibia tálcát cementeztük a grafthoz, egyéb rögzítést nem végeztünk (2. ábra). Csípőprotézis revíziók alkalmával Paprosky IV típusú femoralis csontvesztés miatt (3. a b ábra) történt strukturális allograft pótlás. A graft hosszának megállapítása után steril asztalon összeállítottuk a protézis allograft kompozitot, majd próba repozíció után a végleges komponensek beültetését végeztük. A stabil rögzülés miatt a graft-csont találkozásánál Z osteotomiát végeztünk (4. ábra). Az izomtapadásokat csontos alappal helyeztük vissza a graft felszínére annak megfelelő reszekciója után és cerclag-zsal rögzítettük. A protézisszárat, amely moduláris reteszelhető volt nem cementeztük és a korábban használatos lemezes rögzítést sem alkalmaztuk. 1. a ábra Műtét előtti tibia komponenst érintő T3. típusú lazulás 1. b ábra Műtét utáni felvétel, a tibia csonthiány pótlása egy allo-metaphysis blokkal Magyar Traumatológia Ortopédia Kézsebészet Plasztikai Sebészet

4 2. ábra Intraoperatív felvétel a tibia komponens cementezése az allografthoz, egyéb rögzítés nem történt 3. a ábra Műtét előtti felvétel, Paprosky IV típusú szárlazulás A femoralis csontvesztés mellett a csípőprotézis lazulása okozhatja izoláltan az acetabulum destrukcióját (5. a b ábra), amelyre szintén a Paprosky beosztást használjuk (19). III/a és III/b típusú lazulásoknál végeztünk acetabulum strukturális graft beültetést (6. 3. b ábra Műtét utáni felvétel, 15 cm-es allograft + protézis kompozit, a trochanter major és minor izomtapadás megtartásával drót cerclag-zsal eredeti helyükre rögzítve. A vápa hagyományos, nem strukturális allograft őrleménnyel pótolva. ábra). A steril asztalon a grafit méretének kialakítása után kézi maróval a vápát előkészítettük, majd összeállítottuk az allograft revíziós vápa kompozitot. A jelentős csonthiány területére ültetve és rögzítve a kompozitot stabil helyzetet értünk el. 254 Magyar Traumatológia Ortopédia Kézsebészet Plasztikai Sebészet

5 Humán albuminnal kezelt liofilizált strukturális allograftokkal szerzett sebészi tapasztalatok 4. ábra A graft distalis végén kialakított Z osteotomia 5. a ábra Műtét előtti felvétel. A vápa kiterjedt destrukciója(paprosky III/b) 5. b ábra Műtét utáni felvétel, strukturális allograft + protézis kompozit beültetése történt 6. ábra Intraoperatív felvétel, a graft kialakítása majd a revíziós vápa beültetése utáni állapot Magyar Traumatológia Ortopédia Kézsebészet Plasztikai Sebészet

6 EREDMÉNYEK Az eddig beültetett humán albuminnal kezelt liofilizált strukturális allograft- protézis kompozitokkal érdemi szövődményünk nem volt. Egy esetben észleltünk elhúzódó seroma ürülést, amely spontán rendeződött. Az albuminos kezelés az allograftok mechanikai jellemzőit nem változtatta meg, kiváló oszteokonduktív tulajdonsággal rendelkeznek. Makroszkóposan nem észleltünk az albuminnal kapcsolatban semmiféle szöveti reakciót a beültetés során. A műtétek értékelése folyamatosan történik, minden beteget ugyanazon protokoll szerint vizsgálunk. 12 hónapos posztoperatív szakban izotóp, illetve SPECT CT vizsgálatokat végzünk, valamint 6, 12, hetes, majd fél, illetve egyéves posztoperatív korban röntgenvizsgálat történik. A humán beültetés megkezdése óta, 8 betegnél (5 proximalis tibia, 2 proximalis femur, 1 acetabulum) történtek meg a 12 hónapos röntgen- és SPECT CT vizsgálatok. A röntgenfelvételek a korábban beültetett graftok hasonló korban végzett felvételeihez képest jelentősebb a graft felszínén látható periostealis aktivitás, intenzívebb a csont graft találkozásánál kialakult callus. Az izotóp és SPECT CT vizsgálatok azt igazolták, hogy az allograftok területén nem csak a korábban észlelt csont graft találkozásnál látható aktivitás, hanem a graftok mélyebb területén is, amely nem volt jellemző a hagyományos nem felületkezelt liofilizált graftokra (7. a b ábra). MEGBESZÉLÉS Napjainkban a periprotetikus oszteolízis (15), illetve az aszeptikus lazulás jelenti az egyik legnagyobb problémát a revíziós endoprotetikában (5, 7, 9). A kezelés célja minden esetben a csontfelszívódást kiváltó okok megszüntetése (kopott polietilén cseréje, interface membrán eltávolítása), valamint a csontállomány megerősítése és stabil implantátum beültetése (8, 14). Számos publikáció számol be a strukturális allograftok használatával szerzett hosszú távú jó eredményekről (2, 16,), akár 70%-os legalább öt éves, valamint 60%-os tíz éves sikerességi rátát közölve (12, 14). Korábbi tapasztalatok szerint a jó eredmények elérése miatt fontos a graft decorticálása, perforálása, valamint a megmaradt elvékonyodott saját csonttal való fedése. Az eredmények azt igazolják, hogy az úgynevezett sikeres esetekben is minimális a csontos átépülés. Leginkább a csont graft találkozásnál kialakuló callus látható, de minden esetben csak néhány milliméteres sávban igazolható csontosodás, amely a teljes graft körülbelül 10%-át jelenti. Érdekes módon viszont azt is kimutatták, hogy az allograftok kiegészítése élő, friss csontszövettel vagy csontvelővel markánsan jobb beültetéshez vezetett (12). Az allograft mélyebb rétegének szerkezete acellularis kollagén kötegek szabályos architektúrája, a felület néhány mm-es felszíni remodellációján kívül az allograft mélyebb rétegeiben új osteon kialakulása egy esetben sem volt kimutatható. Az albuminnal kezelt graftokat nem decorticáljuk és a perforálás a liofilizálás és felületkezelés előtt történik. Az új technikával graft beépülési tulajdonságain kívánunk javítani, amenynyiben egy megbízhatóbb és intenzívebb csontosodást érünk el. Ennek első bizonyítékai lehetnek a szövettani eredmények, valamint az izotóp és SPECT CT felvételek. Jelen kísérleteink tapasztalata az, hogy az alapkutatási eredmények mentén kidolgozott továbbfejlesztett allograftot el lehet készíteni humán beültetésre alkalmas formában, amely sebészileg ugyanolyan jól kezelhető, mint a hagyományos allograft. Az albuminnal kezelt csont hosszú távú hatékonyságának eredményeire még várni kell, de az eddigi tapasztalatok azt igazolták, hogy korai szövődmények szempontjából az albumin bevonat nem okoz változást, ezért a hosszú távú kísérletek megkezdése indokolt lehet. Támogatók: TÁMOP , TÉT-SIN- CELLTHER. A technológia licenszét a Lacerta Technologies Inc. bocsátotta rendelkezésünkre. 256 Magyar Traumatológia Ortopédia Kézsebészet Plasztikai Sebészet

7 Humán albuminnal kezelt liofilizált strukturális allograftokkal szerzett sebészi tapasztalatok 7. a ábra 12 hónapos posztoperatív korban elvégzett izotóp, illetve SPECT CT vizsgálatok során a femur csonthiányát pótló allograft területén nem csak a korábban észlelt csont graft találkozásnál látható aktivitás, hanem a graft mélyebb területén is 7. b ábra 12 hónapos posztoperatív korban elvégzett izotóp, illetve SPECT CT vizsgálatokon a tiba csonthiányát pótló allograftban szintén észlelhető aktivitás a graft állományában Magyar Traumatológia Ortopédia Kézsebészet Plasztikai Sebészet

8 IRODALOM IRODALOM 1. Albee F. H.: Fundamentals in bone transplantation. Experiences in three thousand bone graft operations. JAMA : Babis G. C., Sakellariou V. I., O Connor M. I., Hanssen A. D., Sim F. H.: Proximal femoral allograft-prothesis composites in revision hip replacement. J. Bone Joint Surg. Br B: Banwart J. C., Asher M. A., Hassanein R. S.: Iliac crest bone graft harvest donor site morbidity: A statistical evaluation. Spine (9): Blackley H., Davis A., Hutchinson R., Gross A.: Proximal femoral allografts for reconstruction of bone stock in revision arthroplasty of the hip. J. Bone Joint Surg. Am A: Clohisy J. C., Calvert G., Tull F.: Reasons for revision hip surgery. A retrospective review. Clin. Orthop. Relat. Res : Csernátony Z., Kiss L., Szűcs G., Jónás Z.: Strukturális, szegmentális proximalis, femoralis allograft alkalmazása kiterjedt periprotetikus csonthiány esetén. Magyar Traumatológia Ortopédiai Kézsebészet Plasztikai Sebészet (1): Dattani R.: Femoral osteolysis following total hip replacement. PMJ : Della Valle C. J., Paprosky W. G.: Classification and an algorithmic approach to the reconstruction of femoral deficiency in revision total hip arthroplasty. J. Bone Joint Surg. Am A: Della Valle C. J., Paprosky W. G.: The femur in revision total hip arthroplasty. Evaluation and classification. Clin. Orthop. Relat. Res : Engh G. A., Ammeen D. J.: Classification and preoperative radiolographic evaluation: knee. Orthop. Clin. North Am (2): Einhorn T. A.: Clinical applications of recombinant human BMPs: Early experience and future development. J. Bone Joint Surg. Am A. Suppl. 3: Enneking W. F., MIindell E. R.: Observations on massive retrieved allografts. J. Bone Joint Surg. Am A: Gruen T., Mcneice G., Amstutz H.: Modes of Failure of cemented stem-type femoral components. Clin. Orthop. Relat. Res : Haddad F., Spangehl M., Masri B., Garbuz D., Duncan C.: Circumferential allograft replacement of the proximal femur: a critical analysis. Clin. Orthop. Relat. Res : Harris W.: Wear and periprosthetic osteolysis. The problem. Clin. Orthop. Relat. Res : Head W., Emerson R., Malinin T.: Structural bone grafting for femoral reconstrucion. Clin. Orthop. Relat. Res : Kellett C., Boscainos P., Maury A., Pressmann A., Cayen B., Gross A.: Proximal femoral allograft treatment of Vancouver type-b3 periprosthetic fracture after total hip arthroplasty. Surgical technique. J. Bone Joint Surg. Am A: Lindahl H.: Epidemiology of periprosthetic femur fracture around a total hip arthroplasty. Injury : Masri B. A., Meek R. M., Duncan C. P.: Periprosthetic fractures evaluation and treatment. Clin. Orthop. Relat. Res : Paprosky W. G., Perona P. G., Lawrence J. M.: Acetabular defect classification and surgical reconstruction in revision arthroplasty. A six year follow-up evaluation. J. Arthroplasty (1): Rust P. A., Kalsi P., Briggs T. W., Cannons S. R., Blunn G. W.: Will mesenchymal stem cells differentiate into osteoblasts on allograft? Clin. Orthop. Relat. Res : Tóth K., Janositz G., Kovács G.: Revisional total hip arthroplasty in the deficient femur with major femoral allograft. Abstract Book. CEOC p. 23. Tsiridis E., Spence G., Gamie Z., Masry M. A., Giannoudis P. V.: Grafting for periprosthetic femoral fractures: Strut, impaction or femoral replacement. Injury (6): Urist M. R.: Bone formation by autoinduction. Science : Weszl M., Skaliczki G., Cselenyá k A., Kiss L., Major T., Schandl K., Bogná r E., Stadler G., Peterbauer A., Csönge L., Lacza Z.: Freeze-dried human serum albumin improves the adherence and proliferation of mesenchymal stem cells on mineralized human bone allografts. J. Orthop. Res (3): Dr. Klára Tamás Bács-Kiskun Megyei Kórház Ortopédiai Osztály 6000 Kecskemét, Nyíri út klartam@t-online.hu 258 Magyar Traumatológia Ortopédia Kézsebészet Plasztikai Sebészet