Implantace náhrad kostní tkáně − principy, zdroje a aplikace v praxi

Ideální vlastnosti kostních štěpů

Kostní štěp lze získat z křídla ilia, proximální tibie, proximálního humeru, proximálního femuru, žeber a sterna. Ideální náhrada kostní tkáně by měla být biologicky inertní, okamžitě dostupná, musí mít osteogenní, osteoinduktivní a osteokonduktivní vlastnosti, poskytovat mechanickou oporu, musí být snadno adaptabilní ve smyslu velikosti, tvaru, délky a nahraditelná procesem tvorby nové kosti. Zdrojem kostních štěpů a implantátů jsou kostní tkáňové banky. Kostní náhrady a implantáty se vybírají podle konkrétního klinického problému, dostupného vybavení a preferenci chirurga.

Mezi různými typy náhrad kostní tkáně jsou za „zlatý standard“ považovány autogenní spongiózní kostní štěpy, protože naplňují všechny tři atributy ideální náhrady kostní tkáně − obsahují osteogenní buňky i osteokonduktivní matrix a mají osteoinduktivní vlastnosti.

Osteokondukce je proces infiltrace kapilár a perivaskulární tkáně, který zahrnuje stimulaci osteoprogenitorových buněk k diferenciaci na osteoblasty, čímž začíná formace nové kosti. Při formaci nové kosti jsou využívány osteoinduktivní mediátory buněk − kostní morfogenní proteiny (BMPs). Osteoindukce je stimulace tkáně k produkci osteogenních elementů a je také primárně kontrolovaná růstovými faktory, jakými jsou BMPs, schopnými indukovat diferenciaci mezenchymových buněk na buňky tvořící chrupavku a kost.

Biologické mechanismy fungování náhrad kostní tkáně

Základní biologické mechanismy důležité pro aplikaci náhrad kostní tkáně jsou osteogeneze, osteoindukce, osteokondukce a mechanická opora:

• Osteogeneze je vývoj a formace kosti z buněk mezenchymového typu získaných buď z kostní dřeně štěpu, nebo z kostní dřeně pacienta.
• Osteoindukce je proces, při kterém jsou mezenchymové kmenové buňky stimulovány k diferenciaci na chondroblasty a osteoblasty růstovými faktory.
• Osteokondukce je proces růstu kosti na povrchu implantované náhrady kosti kolonizací novými buňkami a formace krevních cév (vaskularizace).
• Náhrady kostní tkáně poskytují kromě výplně velkých kostních defektů mechanickou oporu postižené kosti. Náhrada musí být stabilizována tlakem v místě implantace použitím rigidní interní fixace kvůli zajištění její stability.

Potenciální komplikace při použití náhrad

Potenciální komplikace použití náhrad kostní tkáně závisejí na použitém typu náhrady. Je třeba počítat s následujícími problémy, respektive předvídat je a přizpůsobit tomu postup:

• invazivnost chirurgického úkonu u donora
• limitované zdroje kosti u autograftů
• imunitně zprostředkované odmítnutí u allograftů a alloimplantátů
• přenos infekce allografty a alloimplantáty
• technická náročnost práce s vaskularizovanými štěpy
• zlomeniny
• bolesti
• vznik seromů
• krvácení
• infekce v místě získávání štěpů
• kontaminace
• nestabilita náhrady rezultující v její selhání

Důležité zásady při přípravě místa i samotné implantaci 

Neméně důležitá je příprava místa implantace náhrady, což zajišťuje úspěch implantace současně s pečlivým dodržováním chirurgických postupů. Je důležité zabezpečit rozsah povrchu přiměřeně tak, aby byl zabezpečen kontakt mezi náhradou a místem implantace bez včlenění měkké tkáně. Přílišné používání nástrojů, jako jsou vrtáky, může způsobit nadměrnou tvorbu tepla vedoucí k nekróze v místě implantace kostní náhrady. Aby byla zachována osteogenita autograftů, je potřeba usilovat o dosažení co nejkratšího času od získání po implantaci štěpu, skladování v uzavřených kontejnerech a velkou pozornost je potřeba věnovat hydrataci.

Typy a zdroje náhrad kostní tkáně

Autologní nebo autogenní štěp − autograft − je tkáň odebrána i implantována stejnému jedinci. Autogenní kost je nejvíce preferována, protože u ní existuje nejnižší riziko odmítnutí, a to právě z důvodu, že pochází z pacientova těla. Autologní transplantace štěpu na druhou stranu vyžaduje další chirurgický zásah, což u pacienta způsobuje větší pooperační bolest, případně zvyšuje riziko komplikací (viz výše).

U psů a koček lze k získání autograftu použít různá místa. Spongiózní štěpy jsou nejčastějším typem štěpů a mohou být získávány z křídla ilia, proximální tibie a proximálního humeru. Nejjednodušší je přístup ke křídlu ilia. V průběhu získávání štěpů je nejlepším médiem pro udržení vlhkosti pacientova krev. Životnost buněk štěpu je potřeba zajistit minimální manipulací a pro uchovávání jsou nejlepším prostředkem houby nasáklé fyziologickým roztokem.

Allografty mohou být získávány od lidí nebo z kadaverů. Na rozdíl od autograftů jsou allografty získávány od jiného jedince, než je příjemce štěpu. Existují 3 typy dostupných allograftů: čerstvá nebo čerstvě zmražená kost, lyofilizovaný kostní allograft (FDBA), demineralizovaný lyofilizovaný allograft (DFDBA).

Xenografty jsou kostní štěpy získávány z druhů jiných než člověk, jako je skot, a používány jsou jako kalcifikovaná matrix.

Alloplastické náhrady kostní tkáně mohou být vyráběny z hydroxyapatitu nebo z biologicky aktivního skla. Hydroxyapatit je syntetická náhrada a je nejčastěji preferovanou volbou z důvodu své tvrdosti, kompatibility s kostí a díky svým osteokonduktivním vlastnostem. V kombinaci s hydroxyapatitem se používá fosforečnan vápenatý (trikalcium-fosfát), který se vyznačuje osteokonduktivními vlastnostmi a schopností resorpce.

Převážná část dostupných kostních náhrad obsahuje keramický materiál, buď samostatně, nebo v kombinaci s jiným materiálem, jako je síran vápenatý (kalcium-sulfát) a fosforečnan vápenatý nebo biologicky aktivní sklo. Existují různé typy náhrad obsahujících fosforečnan vápenatý dostupných ve formě past, tmelů, pevných matric a granulí.

Kompozit s hydroxyapatitem má poměr minerální a organické matrix přibližující se lidské kosti. V závislosti na rozpustnosti ve fyziologickém prostředí může být umělá kost formována z materiálů, jakými jsou síran vápenatý, fosforečnan vápenatý nebo biologicky aktivní sklo. Tyto materiály se kombinují s růstovými faktory, ionty (stroncium) nebo jsou míchány s kostní dření pro zvýšení biologické aktivity.

Vlastnosti náhrad kostní tkáně vylepšují růstové faktory. Kombinace a současná aktivita velkého množství faktorů stimuluje tvorbu a resorpci kosti. Tyto faktory pocházející z extracelulární matrix kosti. Zahrnují transformujíc růstový faktor beta (TGF-β), inzulinu podobné růstové faktory 1 a 2 (IGF-1, IGF-2), růstový faktor odvozený z destiček (PDGF), fibroblastový růstový faktor (FGF) a kostní morfogenní proteiny (BMPs).

Metoda náhrady kostní tkáně kmenovými buňkami využívá k tvorbě tkáně buňky samotné nebo jsou tyto buňky přidány do podpůrné matrice (náhrady). Kmenové buňky jsou kultivovány v přítomnosti různých přídavků do kultivačního média za účelem usměrnění růstu nediferencovaných buněk na linii osteoblastů.

Polymerní kostní náhrady mohou být rozděleny na přirozené a syntetické polymery a dále na degradabilní a nedegradabilní typy. Degradabilní syntetické polymery jsou široce používány kvůli velmi dobré biokompatibilitě a biodegradabilitě. Benefitem je, že implantát je resorbován a k úplnému vyhojení dochází bez zbytků cizích těles.

Závěr

Implantace kostních náhrad je chirurgický postup, který se používá k řešení poúrazových poškození kostí nebo kloubů a je také užitečná v případech, kdy došlo ke ztrátě kosti nebo její zlomenině, a to napomáháním růstu kosti okolo implantované náhrady. Kostní náhrady slouží k výplni míst, kde kost chybí, což poskytuje strukturální stabilitu a zlepšuje se tak proces hojení kosti u zvířecích ortopedických pacientů. Používání kostních náhrad si stále udržuje svou důležitou roli v ortopedické chirurgii při řešení kostních defektů u zvířat.

(zaru)

Zdroj: Fesseha H., Fesseha Y. Bone grafting, its principle and application: a review. Osteol Rheumatol Open J 2020; 1 (1): 43−50, doi: 10.17140/ORHOJ-1-113.