Posterolateral füzyonda yeni bir biyomalzeme – karbon nanotüp/ hidroksiapatit trikalsiyum fosfat kompoziti:Rat modeli

Abstract

Giriş: Posterolateral spinal füzyon uygulamalarında greftleme standart olarak uygulanan prosedürlerden biridir. Otojen greftler ideal greft özelliklerine sahip olmalarına rağmen ortaya çıkardıkları komorbiditeler nedeniyle çok çeşitli greft materyalleri üzerinde çalışmalar sürdürülmektedir. Günümüzde seramik bazlı sentetik greftlerin spinal füzyon operasyonlarında kullanımları yaygın olmakla birlikte etkinliklerini artırmak için çeşitli materyallerle birlikte kombine edilerek spinal füzyona olan etkileri incelenmektedir. Karbon nanotüplerin (KNT) hidroksiapatit (HA) gibi seramiklerle kullanımı yeni olup kemik doku mühendisliğinde olumlu gelişmelere neden olmuştur. Çalışmamızda daha önce spinal füzyonda greft materyali olarak kullanılmayan KNT destekli HA- trikalsiyum fosfat (TCP) materyalinin spinal füzyon üzerine etkileri incelenmiştir.Gereç ve Yöntem: Çalışmamızda 20 adet Spraque- Dawley cinsi rat kullanılarak lomber 4-5 (L4-L5) vertebralar arasına posterolateral füzyon modeli oluşturulmuştur. Denekler 5' erli dört gruba ayrılmıştır. Tüm deneklerin L4-L5 posterior arklarına dekortikasyon uygulanmış, birinci gruba herhangi bir greft materyali uygulanmamış, ikinci gruba sadece KNT, üçüncü gruba HA-TCP sentetik seramik ve dördüncü gruba ise KNT/ HA-TCP kompoziti uygulanmıştır. Sekiz hafta sonunda tüm hayvanlar sakrifiye edilmiş ve elde edilen lomber füzyon segmenti manuel palpasyon, radyolojik, biyomekanik (her gruptan 2' şer hayvana), mikro bilgisayarlı tomografi (mikro-BT) cihazı ile ve histolojik olarak değerlendirilmiştir.Bulgular: Sadece dekortikasyon yapılan grupta tüm değerlendirmelerde füzyona rastlanmadı. Grup 2' de grup 1' e göre manuel palpasyon, histolojik ve mikro-CT değerlendirmeleri ile anlamlı fark olmasına (p<0.01) rağmen solid füzyon oluşmadığı görüldü. Grup 3 ve Grup 4 de ise manuel palpasyonla sırasıyla %60 ve %100, radyolojik olarak sırasıyla %60 ve %92, histolojik olarak %42 ve %68.5 füzyon oranı saptandı. Mikro- BT incelemeleri ile sırasıyla %18.7 ve %33.1 kemikleşme oranları (kemik hacmi/ füzyon kitlesi) saptandı. Bu veriler ile grup 3 ve 4 arasında füzyon açısından anlamlı fark saptandı (p<0,01).Sonuç: KNT' ler tek başlarına kullanıldığında spinal füzyon oluşturmada yetersiz kalsa da özellikle yüksek biyouyumlulukları ve kemik dokusuyla uyumlu eşşiz biyomekanik özellikleri nedeniyle özellikle seramik bazlı sentetik greftlerle birlikte füzyon oranlarını anlamlı olarak yükseltmektedirler.Anahtar Kelimeler: Posterolateral füzyon, Karbon nanotüp, seramik kemik greftleri, rat , spinal füzyon

Introduction: Bone grafting is essential in posterolateral spinal fusion surgery. Although autogenous grafts have ideal graft properties, their use is limited due to the donor site comorbidities. For this reason, a variety of graft materials have been researched. The use of carbon nanotubes (CNTs) with ceramics such as hydroxyapatite (HA) has recently been used and has led to positive effects in bone tissue engineering. In this study, the effects of CNT-assisted HA-tricalcium phosphate (TCP) material on spinal fusion, which were not previously used as graft material in spinal fusion, have been investigated.Material and methods: We operated 20 Sprague-Dawley rats to create a posterolateral fusion model between the lumbar 4-5 (L4-L5) vertebrae. Subjects were divided into four groups of five. The L4-L5 posterior arches of all the subjects were decorticated. No graft material was applied to the first group (Group 1). In the second group, we used only CNTs (Group 2),in the third group HA-TCP synthetic ceramics (Group 3) and the fourth group CNT / HA-TCP composite (Group 4). After eight weeks, all subjects were sacrificed and the obtained lomber fusion segments were assessed by manual palpation, radiological images, biomechanical tests (2 'sham animals from each group), histological evaluation and micro computerized tomography (micro-CT) device.Findings: There was no fusion in the Group 1 where only decortication was done. In Group 2 (CNTs), there was no solid fusion, although there was a significant difference (p <0.01) between manual palpation, histological and micro-CT scans according to Group 1. In Group 3 (HA-TCP) and Group 4 (CNT/HA-TCP), 60% and 100% fusion was detected with manual palpation, respectively. Radiologically, fusion rates were 60% and 92%, histologically 42% and 68.5%, respectively. Micro-CT scans revealed ossification rates (bone volume / fusion mass) of 18.7% and 33.1%, respectively. Significant differences were found between groups 3 and 4 in all the evaluations (p <0,01).Conclusion: Although CNTs are incapable to form spinal fusion when used alone; they significantly increase fusion rates, especially with ceramic-based synthetic grafts, due to their high biocompatibility and unique biomechanical properties compatible with bone tissue.Key Words: Posterolateral fusion, carbon nanotube(s), ceramic bone graft substitutes, rat(s), spinal fusion