by G. H. | Apr 29, 2019 | Chirurgische Orthopädie, Konservative Orthopädie, News
Beurteilung chirurgischer Nahtmaterialien aus mikrobiologischer Sicht – sind gezahnte Fäden („barbed sutures“) eine neue Alternative?
Hofmann UK, Dhom J, Bloes D, Peschel A
Fragestellung: Seit wenigen Jahren steht ein neuartiges Nahtmaterial („barbed suture“) zum operativen Wundverschluss zur Verfügung, bei welchem statt einer Einzelknopfnaht eine fortlaufende Naht ohne abschließende Verknotung ermöglicht wird. Dies fusst auf dem Prinzip von gleichgerichteten Widerhaken entgegen der Stichrichtung. Als Vorteile werden eine im Nahtbereich homogenere Kraftverteilung und eine deutliche Verkürzung der OP-Zeit aufgeführt. In der wissenschaftlichen Literatur wurde dieses Material sehr positiv aufgenommen. Nicht nur von biomechanischer, sondern auch mikrobieller Überlegenheit wurde berichtet. Letztere erscheint aufgrund der Zahnung des Fadens nicht plausibel. Es wurden daher erneut die mikrobiellen Eigenschaften dieses Nahtmaterials kritisch untersucht und mit bisher etablierten Nahtmaterialien verglichen. Wir erwarteten vor allem unter den Einkerbungen der Zähne vermehrt Bakterien, was in der Folge auch eine antibiotische Therapie durch Biofilmbildung erschweren würde.
Methodik: Es erfolgte die bakterielle Exposition von den Nahtmaterialien Ethilon® II (monophil), Vicryl® (polyphil), Vicryl® Plus (polyphil, triclosanbeschichtet) und Quill® (monophil-gezahnt). Die in unserer Abteilung häufigsten Keime auf chirurgischen Abstrichen wurden getestet: S. aureus, S. epidermidis, E. coli,E. faecium und P. aeruginosa.
Nach kurzer Inkubation in der jeweiligen Bakteriensuspension erfolgte die Kultur auf Farbumschlagagar. Dies ermöglicht ein Auslesen der bakteriellen Stoffwechselaktivität durch Ausmessen des Farbumschlaghofes. Das gleiche Experiment wurde unter antibiotischer Exposition durchgeführt. Die Fäden wurden anschließend konfokal im Dunkelfeld mikroskopiert um die Lage der Bakterienkolonien auf den Fäden zu ermitteln.
Ergebnisse und Schlussfolgerung: Die geringste bakterielle Adhäsion und Kultur ist auf dem monophilen Faden nachweisbar. Der gezahnte Faden schneidet im Vergleich klar schlechter ab. Mikroskopisch liegen hier die Bakterienkulturen in den Einkerbungen unter den Zähnen. Der polyphile native Faden ist am stärksten bakteriell besiedelt, wobei die Kolonien in den Nischen zwischen den verflochtenen Einzelfasern liegen. Der erzielte Effekt der Triclosanbeschichtung ist dabei abhängig vom Resistenzprofil des jeweiligen Bakteriums. Sehr guter Erfolg zeigt sich z.B. bei S. aureus, kein Effekt bei P. aeruginosa.
Bei allen Fäden ist nach vorheriger bakterieller Besiedlung kaum ein Effekt durch antibiotische Behandlung zu erzielen. Der geringe Effekt externer Antibiose kann durch Biofilmbildung erklärt werden.
Im Unterschied zu bisherigen Publikationen finden sich auf dem gezahnten Faden mehr Bakterien als auf dem monophilen Nahtmaterial und dies erwartungsgemäß vor allem im Bereich der Zähne. Einer Verwendung zum Hautverschluß bei endoprothetischen Operationen stehen wir daher zurückhaltend gegenüber, die Verwendung z.B. als Kapselnaht scheint aus mikrobiologischer Sicht günstig. Zurückhaltung sollte zudem bei Operationen mit kontaminiertem Wundgrund geübt werden.
Deutscher Kongress für Orthopädie und Unfallchirurgie (DKOU 2014). Berlin, 28.-31.10.2014. Düsseldorf: German Medical Science GMS Publishing House; 2014. DocGR18-611
doi: 10.3205/14dkou533, urn:nbn:de:0183-14dkou5331
Published: October 13, 2014
© 2014 Hofmann et al.
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by G. H. | Apr 29, 2019 | Chirurgische Orthopädie, Konservative Orthopädie, News
Neutrophile Granulozyten haben einen Einfluss auf die Entstehung abriebpartikelinduzierter Osteolysen
Landgraeber S, Samelko L, McAllister K, Hasenberg M, Jäger M, Hallab NJ, Gunzer M
Fragestellung: Entscheidend für aseptische Totalendoprothesenlockerung ist die Ausbreitung periprothetischer Osteolysen, bedingt durch zelluläre Reaktionen auf Abriebprodukte des Kunstgelenkes. Der Forschungsschwerpunkt lag bisher auf Makrophagen und Fremdkörper-Riesenzellen. Die Rolle der neutrophilen Granulozyten (nGran) wurde bisher noch nicht näher untersucht, obwohl ihnen im Rahmen von inflammatorischen Geschehen eine zentrale Rolle zukommt. Ziel der Studie war es mit einem murinen partikelassoziierten in vivo Osteolysemodell zu untersuchen, ob eine Depletion von nGran zu einer Minderung partikelinduzierter Osteolysen führt.
Methodik: 28 Wildtyp-Mäusen wurden operativ Polyethylenpartikel auf die Schädelkalotte in Nähe der Sutur implantiert. Bei sieben dieser Mäuse (Gruppe 1) wurde mittels Applikation spezifischer Antikörper zwei Tage und einen Tag vor der Operation eine Depletion der nGran vorgenommen. Als entsprechende Kontrolle wurde sieben Mäusen (Gruppe 2) PBS injiziert. Bei weiteren sieben Tieren wurde mittels spezifischer Toxine am Operationstag und am Tag vor der Operation eine Depletion von Makrophagen herbeigeführt (Gruppe 3), während die entsprechenden sieben Kontrolltiere den entsprechenden Carrier erhielten (Gruppe 4). Als weitere Kontrollgruppen dienten 28 Wildtyp-Mäuse, denen bei der Operation keine Partikel implantiert wurden (Sham-Gruppen). Davon wurden jeweils sieben Mäusen die Depletionsantikörper für nGran (Gruppe 5) bzw. PBS (Gruppe 6) appliziert und bei jeweils weiteren sieben Mäusen eine Makrophagen-Depletion durchgeführt (Gruppe 7) oder der entsprechende Carrier (Gruppe 8) appliziert. Nach 12 Tagen wurden die Tiere euthanasiert. Mittels µCT und Histomorphometrie wurde die Osteolysengröße bestimmt. FACS-Analysen der Milz wurden durchgeführt, um die Depletion von Makrophagen und nGran zu überprüfen.
Ergebnisse und Schlussfolgerung: Gegenüber den nicht spezifisch behandelten Mäusen zeigten die Mäuse mit einer Depletion von n Gran und Makrophagen jeweils signifikant geringere Osteolysen, wobei sich die depletierten Mäuse der Gruppen 1 und 3 nicht unterschieden. Die FACS-Analysen zeigten, dass die Depletion von Makrophagen nach 14 Tagen noch aktiv war, während bei den nGran zum selben Zeitpunkt schon eine normale Anzahl wieder nachweisbar war.
Der Nachweis einer normalen Anzahl nGran zum Zeitpunkt der Euthanisierung war unsererseits so erwartet worden, da der Effekt der Neutrophilendepletion nur für fünf Tage anhält. Dies wurde bei Vorversuchen bereits nachgewiesen. Es ist also um so erstaunlicher und wichtiger, dass eine Depletion nGran für fünf Tage ausreichend ist um einen Effekt zu erzielen. Dies bedeutet nämlich, dass eine Minderung der initialen Inflammation einen Effekt hat. Zumindest im Osteolysemodell ist der Effekt sogar auf gleichem Niveau wie die Depletion der Makrophagen, deren Aktivität und nachfolgende Zytokinausschüttung von zentraler Bedeutung für die aseptische Endoprothesenlockerung ist.
Derzeit werden weitere Untersuchungen durchgeführt.
Deutscher Kongress für Orthopädie und Unfallchirurgie (DKOU 2014). Berlin, 28.-31.10.2014. Düsseldorf: German Medical Science GMS Publishing House; 2014. DocGR18-1465
doi: 10.3205/14dkou532, urn:nbn:de:0183-14dkou5327
Published: October 13, 2014
© 2014 Landgraeber et al.
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by G. H. | Apr 23, 2019 | Chirurgische Orthopädie, Konservative Orthopädie, News
Lokale Tumortherapie von Osteosarkomen mittels beladenem Knochenzement: Eine experimentelle Studie mit Valproat und Vorinostat
Proschek D, Tonak M, Becker M, Rommens PM, Theobald M, Graf C, Wehler T
Fragestellung: Der chirurgische Erfolg in der Behandlung von Osteosarkomen hängt stark von der möglichen Resektionsradikalität und letztlich dem erzielten Sicherheitsabstand ab. Im Bereich der Knochen ist jedoch ein ausreichender Sicherheitsabstand anatomisch bedingt nicht immer möglich. Häufig wird im Rahmen des chirurgischen Vorgehens Knochenzement verwendet. Der Knochenzement zielt dabei primär auf die Stabilisierung des Knochens, nicht jedoch auf die zusätzliche antineoplastische Behandlung. Sinnvoll wäre hier eine zusätzliche lokale Therapieoption durch Anreicherung des Zementes mit einem Chemotherapeutikum. Ziel dieser Studie ist die Untersuchung einer lokalen Tumortherapie von Osteosarkomen mit einem antineoplastisch beladenen Knochenzement in einem experimentellen Ansatz.
Methodik: Die Untersuchungen erfolgen an einer SaOs-2 Osteosarkom-Zelllinie. Das Studiendesign ist dreiarmig. In 2 Gruppen wird der Knochenzement (5g Clots) mit Valproat und mit Vorinostat als antineoplastische Therapie aufgesättigt und die Toxizität des Zementes auf die Sarkomzellen untersucht. In einer Kontrollgruppe werden humane Stammzellen dem Zement ausgesetzt, in einer weiteren Kontrollgruppe erfolgen die Untersuchungen mit Knochenzement ohne Wirkstoff. Die Konzentration der Chemotherapie liegt in den einzelnen Zementgruppen bei dem 10-fachen, dem 25-fachen sowie dem 50-fachen der üblichen systemischen Wirkstoffkonzentration um eine möglichst hohe lokale toxische Wirkung zu erzielen. Die Aktivitätsmessung der Zellen erfolgt mittels eines Alamar-Blue Assay. Die Überstände der Sarkomzellen werden auf die Wirkstoffkonzentration untersucht, um die Freisetzungskinetik aus dem Zement beurteilen zu können. Zusätzlich erfolgen biomechanische Untersuchungen des Zementes in einer Materialprüfmaschine mit einer axialen Belastung von 1.000 Newton.
Ergebnisse und Schlussfolgerung: In der Zementgruppe mit Valproat zeigt sich eine stufenweise Zunahme der Wirkstoffkonzentration, welche aus dem Zement freigesetzt wird mit einer parallel dazu verlaufenden Toxizität auf die Sarkomzellen. Ab dem 3. Tag nimmt die Zellaktivität stark ab, 1 Woche nach Versuchsbeginn findet sich keine Zellaktivität mehr. In der Zementgruppe mit Vorinostat zeigt sich bereits eine stark toxische Wirkung ab dem dem 1. Tag nach Versuchsbeginn, 3 Tage nach Versuchsbeginn findet sich keine Zellaktivität mehr. In der Kontrollgruppe mit humanen Stammzellen findet sich keine Toxizität in der Valproat-Gruppe, wohingegen eine Toxizität mit Abnahme der Zellaktivität ab dem 3. Tag in der Vorinostat-Gruppe zu sehen ist. Biomechanisch verändert die Zugabe der Chemotherapeutika die Struktur sowie die Stabilität des Zementes nicht.
Die Beladung von Knochenzement mit Chemotherapeutika im Rahmen der Osteosarkombehandlung eröffnet die Chance auf eine potente Therapieergänzung mit einer Verbesserung der lokalen Tumorkontrolle.
Deutscher Kongress für Orthopädie und Unfallchirurgie (DKOU 2014). Berlin, 28.-31.10.2014. Düsseldorf: German Medical Science GMS Publishing House; 2014. DocGR18-918
doi: 10.3205/14dkou531, urn:nbn:de:0183-14dkou5311
Published: October 13, 2014
© 2014 Proschek et al.
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by G. H. | Apr 23, 2019 | Chirurgische Orthopädie, Konservative Orthopädie, News
Biomechanische Evaluation der Schraubenaugmentation mit einem innovativen injizierbaren anwendungsfertigen Calciumphosphatzement
Konstantinidis L, Wörner A, Bernstein A, Hirschmüller A, Südkamp NP, Helwig P
Fragestellung: Die Augmentation von Osteosynthesen mittels Polymethylmetacrylat (PMMA) hat sich vor allem für die Wirbelsäule, das proximale Femur und den Humerus bereits etabliert. Calciumphosphatzement (CPC) stellt eine biologische Alternative zur Augmentation dar; Vorteile sind dabei die geringere Hitzeentwicklung und die gute Bioresorbierbarkeit. Ziel der Studie ist die biomechanische Testung eines innovativen Paste-CPC bei der Schraubenaugmentation, als ein biokompatibles, abbaubares, synthetisch hergestelltes Knochenersatzmaterial, das bislang zum Auffüllen von Knochendefekten in nicht lasttragenden Bereichen verwendet wird. Hauptvorteil des pastösen Zementes ist die Vereinfachte Anwendung, da er ohne vorherige Vorbereitung direkt um das Osteosynthesematerial appliziert werden kann.
Methodik:
Statische Ausrissversuche: An 8 Spongiosablöcken aus humanen Leichenknochen wurde jeweils eine kanülierte Pedikelschraube (S4-Aesculap) mit und ohne Augmentation implantiert. Die Augmentation erfolgte mit jeweils 1 cm3 Paste-CPC (InnoTERE GmbH). Bei Paste-CPC handelt es sich um eine anwendungsfertige wasserfreie, ölbasierte CPC-Formulierung, die bei Zutritt von wässrigen Lösungen – wie u. a. Körperflüssigkeit – spontan aushärtet. Nach der Aushärtung des CPC erfolgten statische Ausrissversuche.
Dynamische Versuche: An 8 Spongiosablöcken wurden jeweils zwei kanülierte Pedikelschrauben (S4, Aesculap), entweder mit oder ohne CPC-Augmentation implantiert. Die Augmentation erfolgte analog zu den statischen Versuchen. Die Implantaten wurden am Schraubenkopf, orthogonal zu deren Achse zyklisch und sinusoidal (1-10 N) über 10.000 Zyklen belastet.
Ergebnisse: Statische Ausrissversuche: Bei den augmentierten Schrauben lag die Ausrisskraft durchschnittlich bei 1190N (SD:550N), bei den nicht augmentierten Schrauben bei 439N (SD:284N). Der Unterschied war signifikant (p=0.004). Auch das Versagensmuster war unterschiedlich; bei den nicht zementierten Schrauben kam es zu einem Ausriss der Schrauben aus der Spongiosa ohne ossären Defekt. Bei den augmentierten Schrauben kam es zu einem Ausriss des Schrauben-Zementverbundes zusammen mit einem größeren Spongiosablock als Zeichen einer festeren Verbindung zwischen Knochen und Implantat.
Dynamische Versuche: Insgesamt zeigte sich bei den augmentierten Konstrukten eine geringere Durchwanderung der Schraube im spongiösen Knochen, im Vergleich zu den nicht augmentierten Implantaten. Der Unterschied war für jeden der gemessenen Zeitpunkte (nach 2500, 5000, 7500 und 10000 Zyklen) signifikant (p<0.05).
Schlussfolgerung: Die vorliegende Pilotstudie zeigt eine signifikante Steigerung der Stabilität am Implantat-Knochen-Interface nach Augmentation mit CPC. Die Biokompatibilität, die Bioresorbierbarkeit und die deutlich leichtere Handhabung in Vergleich zum PMMA, in Verbindung mit der nachgewiesenen biomechanischen Stabilität eröffnen eine vielversprechende Alternative zur Augmentation von Osteosynthesen im osteoporotischen Knochen.
Deutscher Kongress für Orthopädie und Unfallchirurgie (DKOU 2014). Berlin, 28.-31.10.2014. Düsseldorf: German Medical Science GMS Publishing House; 2014. DocGR18-168
doi: 10.3205/14dkou530, urn:nbn:de:0183-14dkou5301
Published: October 13, 2014
© 2014 Konstantinidis et al.
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by G. H. | Apr 23, 2019 | Chirurgische Orthopädie, Konservative Orthopädie, News
Funktionalisierung von elektrogesponnenen Polycaprolacton-Nanofaserscaffolds mit O-terminierten Nanodiamantpartikeln (n-DP)
Rackwitz L, Uhl AL, Ehlicke F, von Rottkay E, Broermann R, Pullig O, Rudert M, Nöth U
Fragestellung: Nanofaserscaffolds (NFS) kopieren durch ihre spezifische Architektur die Dimensionen der Extrazellulärmatrix von verschiedenen Geweben und regulieren somit wichtige Prozesse wie Zellproliferation und -differenzierung. Die Funktionalisierung von Polycaprolacton (PCL)-NFS durch Nanodiamantpartikel (n-DP; 5 nm) soll kritische Parameter wie Zellmigration und die kontrollierte Bindung von Proteinen, wie z.b. Wachstumsfaktoren, durch Physisorption verbessern. Die vorliegende Studie beschreibt die Auswirkung der Funktionalisierung von PCL-NFS mit O-terminierten n-DPs im Hinblick auf einen potentiellen Einsatz als Zellträger in der Geweberekonstruktion.
Methodik: Mittels Elektrospinning wurden Scaffolds aus reinem PCL sowie aus PCL unter Zugabe unterschiedlicher n-DP-Konzentrationen (1, 5 und 10% w/w) hergestellt. Die Scaffolds wurden bezüglich der Fasermorphologie (Faserdurchmesser und Porengröße mittels Rasterelektronenmikroskopie), Benetzungsverhalten (water contact angle) und mechanischen Eigenschaften (mechanische Reißfestigkeit) charakterisiert. Die Scaffolds (ø 8 mm) wurden mit 105 humanen mesenchymalen Stammzellen (hMSC)s besiedelt und über 21 Tage in Standardzellkulturmedium (DMEM, 10% FKS, 1% Pen./Strep.) kultiviert. Zu definierten Zeitpunkten wurden Zellproliferation (MTS-Assay), Migrations- (DAPI) und Zell-Scaffoldinteraktion (TRITC-konjugiertes Phalloidin, Anti-Vinculin, DAPI) untersucht. Zum Nachweis der Protein-Bindungseigenschaften von n-DP wurde eine BSA-Inkubation (bovines Serumalbumin) mit anschließendem Nachweis der in den Scaffolds gebundenen Proteinmenge durchgeführt (BCA-Assay).
Ergebnisse und Schlussfolgerung: Mit zunehmender n-DP-Konzentration nahm der Faserdurchmesser signifikant von durchschnittlich 554 ± 98 nm nm (PCL) auf 438 ± 78 nm (PCL + 10% n-DP) ab. Die durchschnittliche Porengröße stieg dagegen signifikant von 14 ± 9 µm2 (PCL) auf 22 ± 11 µm2 (10% n-DP) an. Bezüglich des Benetzungsverhaltens und der mechanischen Eigenschaften (E-Modul: 6,1 ± 1,12 MPa) konnte kein signifikanter Einfluss der unterschiedlichen n-DP-Konzentrationen nachgewiesen werden. Die hMSCs adhärierten an den Nanofasern, proliferierten über die Kultivierungsdauer und migrierten in Abhängigkeit von der n-DP-Konzentration in den Zellträger. Durch Verwendung der n-DP konnte besonders die Proteinbindungsfähigkeit der NFS signifikant von 119 ± 11 µg/ml (PCL) auf 312 ± 21µg/ml (10% NDP) erhöht werden.
Die Funktionalisierung von elektrogesponnenen PCL-NFS durch O-terminierte n-DPs hat einen positiven Einfluss auf die ultrastrukturellen Eigenschaften der Scaffolds. Zum einen wird die hohe mechanische Stabilität der PCL-NFS erhalten, zum anderen wird mit steigender n-DP-Konzentration die Porengröße erhöht und damit die Zellmigration signifikant verbessert. Zusätzlich erlaubt die Verwendung der n-DPs ggf. die spezifische Bindung von Wachstumsfaktoren, z.b. TGF-β3 oder BMP-2, über Physisorption was einen Einsatz in der Regeneration osteo-chondraler Gewebe sehr vielversprechend erscheinen lässt.
Deutscher Kongress für Orthopädie und Unfallchirurgie (DKOU 2014). Berlin, 28.-31.10.2014. Düsseldorf: German Medical Science GMS Publishing House; 2014. DocGR18-1388
doi: 10.3205/14dkou529, urn:nbn:de:0183-14dkou5296
Published: October 13, 2014
© 2014 Rackwitz et al.
This is an Open Access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution License (http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/deed.en). You are free: to Share – to copy, distribute and transmit the work, provided the original author and source are credited.
