A. Breil-Wirth1, J. Jerosch1

Zusammenfassung

Fragestellung: Es sind zahlreiche Knochenersatzmaterialien auf dem Markt verfügbar. In dieser prospektiven Studie sollte die Effizienz und Verträglichkeit von Cerasorb Foam, einem in porcinem Kollagen eingelagerten ?-Tricalciumphosphat untersucht werden.

Material und Methode: Eingeschlossen wurden 55 Patienten im Alter von 17–79 Jahren, bei denen eine Augmentation oder Knochenersatz erforderlich war. Ausgeschlossen wurden Patienten mit lokalen oder systemischen Infektionen, ausgeprägter Osteoporose oder die Wundheilung kompromittierenden Medikamenten. Klinische und nativradiologische Kontrollen wurden prä OP, 6 Wochen, 3, 6 und 12
Monate post OP durchgeführt. 28 Patienten haben die
Jahreskontrolle bis dato erreicht. Beurteilt wurden die Verträglichkeit, die Resorption des Knochenersatzmaterials und die knöcherne Durchbauung. Cerasorb Foam ist ein synthetisches Komposit aus 85 Gewichtsprozent (Gew-%) ?-TCP
Cerasorb und 15 Gew.-% Kollagen.

Ergebnisse: Bei keinem Patienten kam es zu materialassoziierten Komplikationen oder Unverträglichkeiten. Die Resorption des Cerasorb Foams setzte bei den Patienten nach 6 Wochen bis 3 Monaten radiologisch sichtbar ein und war nach 12 Monaten weitestgehend abgeschlossen. Die knöcherne Durchbauung war nach 12 Monaten ebenfalls ausgeprägt.

Klinisches Fazit: Die Auffüllung oder Augmentation von Defekten ist eine regelmäßige Notwendigkeit in der Orthopädie und Unfallchirurgie. Cerasorb Foam stellt ein leicht zu verarbeitendes und gut wirksames keramisches Knochenersatzmaterial mit breitem Anwendungsspektrum dar.

Schlüsselwörter: keramischer Knochenersatz, Cerasorb,
?-Tricalciumphosphat

Zitierweise
Breil-Wirth A, Jerosch J. Anwendung von Cerasorb Foam in der Orthopädie – eine prospektive Studie.
OUP 2014; 10: 608–615 DOI 10.3238/oup.2014.0608–615

Summary

Purpose: There are many materials for augmentation of bone defects available. The goal of this prospective trial was to determine the efficiency and tolerance of Cerasorb Foam, a ?-Tricalciumphosphate which is embedded in porcine
collagen.

Material and methods: 55 Patients, aged from 17 to 79, with need of bone augmentation or replacement were
enrolled in this trial. Patients with local or systemic infection, severe osteoporosis or wound healing compromising medication were excluded. Clinical and radiologic controls were performed pre-operativ, 6 weeks, 3, 6 and 12 months after operation. 28 patients appeared for final visit so far.
Evaluated were the biologic tolerance, the resorption of the material and the bone remodelling. Cerasorb Foam is a
synthetic composite of 85 % ? -Tricalciumphosphate and 15 % porcine collagen.

Results: The results approved Cerasorb Foam as a well working bone replacement, which is easy to use and to apply. The results considering resorption and bone remodelling confirmed former study results, both in trauma and orthopaedic patients.

Conclusion: The filling or augmentation of bone defects is a regular necessity in orthopaedics and trauma.
Cerasorb Foam is a convincing ceramic bone replacement
material embedded in collagen with a broad spectrum of use.

Keywords: ceramic bone substitute, Cerasorb, ?-Tricalciumphosphate

Citation
Breil-Wirth A, Jerosch J. Application of Cerasorb foam in orthopaedics – a prospective trial.
OUP 2014; 10: 608–615 DOI 10.3238/oup.2014.0608–615

Einleitung

Knochendefekte entstehen aus unterschiedlichen Ursachen und stellen ein häufiges Problem in der Orthopädie und Unfallchirurgie dar. Ursachen sind beispielsweise Traumata, Pseudarthrosen, Zysten, Infekte, Tumoren oder auch Revisionseingriffe nach Gelenkersatz. In Deutschland werden pro Jahr ca. 71.000 Knochentransplantationen durchgeführt [1]. Ein ideales Knochenersatzmaterial konnte bislang jedoch noch nicht gefunden werden. Anforderungen an ein solches wären ausreichende Verfügbarkeit, geringe Kosten, hohe Erfolgsrate, fehlendes Infektionsrisiko, keine Kanzerogenität, kein Risiko einer Allergisierung, keine Entnahmemorbidität, Osteokonduktivität, Osteoinduktivität, Stabilität und Resorbierbarkeit [2].

Aktuell gilt autologe Spongiosa und/oder Corticospongiosa nach wie vor als sog. Goldstandard zur Überbrückung bzw. zum Auffüllen von Knochendefekten. Vorteile sind gute osteokonduktive Eigenschaften und ein gewisses osteogenes Potenzial, wobei dieses schon nach kurzer extrakorporaler Zwischenlagerung und im Zentrum eines corticospongiösen Spans schnell abnimmt [2]. Nachteile sind die eingeschränkte Verfügbarkeit, die schwindende Knochenqualität mit zunehmendem Lebensalter, die Entnahmemorbidität (Blutung, Infekt und Schmerzen), die Verlängerung der OP-Zeit und die dadurch entstehenden Belastungen des Patienten sowie die zusätzlichen Kosten. Auch klagen Patienten teils über stärkere Schmerzen am Entnahmeort als am Ort der Primär-OP, welche teilweise über Monate anhalten können [1, 3].

Es gibt jedoch auch zahlreiche alternative Knochenersatzmaterialien. Autologem Knochen am nächsten kommt allogener Fremdknochen. Dieser ist jedoch auch nicht unbegrenzt verfügbar, ist lagerungs- und sterilisationsbedingt nicht osteogen und birgt potenzielle Restrisiken einer immunogenen Reaktion oder einer Infektübertragung.

Künstliche Ersatzmaterialien sind insbesondere Tricalciumphosphate und Hydroxylapatit. Letzterer bietet osteokonduktive Eigenschaften bei besserer Primärstabilität, zeigt jedoch eine deutlich schlechtere Resorbierbarkeit und wird in den neuen Knochen eingebaut, ohne von diesem ersetzt zu werden. Tricalciumphosphate sind gut untersuchte und bewährte Ersatzmaterialien mit guten osteokonduktiven Eigenschaften bei guter Resorbierbarkeit, abhängig von Porengröße und Poreninterkonnektivität. Sie haben jedoch ebenfalls keine osteogene oder osteoinduktive Potenz und sind weniger primärstabil als Hydroxylapatit [4]. Bei stabilen Defekten kommt es allerdings regelmäßig zu einer Restitutio ad integrum. Tricalciumphosphat wird rein synthetisch hergestellt und wird in dem untersuchten Produkt als ?-TCP verwendet. ?-TCP wird im Körper vollständig abgebaut und durch neu gebildeten Knochen ersetzt. Im Gegensatz zu ?-TCP wird es nicht zu Hydroxylapatit abgebaut [5, 6].

Cerasorb wurde insbesondere in der Zahnmedizin ausführlich untersucht und zeigte sich dort autologem Knochen gleichwertig [7]. Auch in der Anwendung in der Orthopädie und Unfallchirurgie konnten in einigen Studien sehr zufriedenstellende Ergebnisse gezeigt werden [8]. Die Weiterentwicklung Cerasorb Foam ist ein hochporöses Komposit aus porcinem Kollagen und ?-Tricalciumphosphat-Granulaten. Durch die Einbettung in Kollagen sollen die Verarbeitungseigenschaften des Produkts verbessert werden. Das Granulat soll einfacher an den gewünschten Ort platziert werden können und dort auch verbleiben. Darüberhinaus saugt der Kollagenschwamm Blut auf und bindet damit Wachstumsfaktoren. Durch die Oberflächenproteine wird auch die Bindung von Integrinen gefördert, welche Osteoblasten stimulieren können. Auf diese Weise verbessert das Kollagen die osteokonduktiven Eigenschaften des Granulats und bewirkt zusätzlich eine Osteoinduktion. Kollagen-Keramik-Komposite sind in der Wirbelsäulenchirurgie bereits erfolgreich eingesetzt worden [9, 10, 11].

In der vorliegenden prospektiven Studie wurde die Verarbeitbarkeit, Verträglichkeit und knöcherne Integration von Cerasorb Foam untersucht.

Material und Methoden

Knochenersatzmaterial: Für die klinische Studie wurde vom Hersteller ein synthetisches hochporöses Komposit aus 85 Gew.-% phasenreinem (> 99 %) ? -TCP Cerasorb und 15 Gew.-% porcinem Kollagen (Cerasorb Foam) zur Verfügung gestellt. Der Kollagenanteil dient dabei zur Einbettung der Granulate und fixiert diese. Zusätzlich soll das Kollagen die Einsprossung von Blutgefäßen erleichtern und somit verbesserte osteokonduktive Eigenschaften bewirken. Durch die 85 Gew.-% des Granulats soll eine hohe Volumenstabilität der Keramik nach Abbau des schneller resorbierenden Kollagens erreicht werden. Das Material wird in 2 Formen angeboten und im Rahmen der Studie verwendet. Der Cerasorb Mouldable Foam ist nach Anreicherung mit Blut knetbar und plastisch verformbar. Er kann dadurch entsprechend der Form des Defekts modelliert werden. Der Cerasorb Flexible Foam ist nach Anreicherung mit Blut elastisch und füllt dadurch Defekte nach Einbringen gut aus. Das Granulat verfügt über eine Gesamtporosität von ca. 65 % und eine Porengröße von 0,1– 500 µm.

Der Cerasorb Foam wurde in unterschiedlichen Größen zur Verfügung gestellt:

25 mm x 50 mm x 4 mm (5 cm³);

25 mm x 100 mm x 4 mm (10 cm³).

Beide Formen können jedoch nach Belieben zugeschnitten werden.

Zur Untersuchung des Materials wurde eine monozentrische prospektive Studie durchgeführt. Eingeschlossen wurden Patienten, bei denen eine Augmentation oder Knochenersatz erforderlich war. Dabei wurde das Indikationsspektrum weit gestellt. 16 Patienten hatten unfallchirurgische Indikationen (5 Claviculafrakturen, 6 Tibiafrakturen, 5 Humerusfrakturen).

Bei 10 Patienten wurden Arthrodesen durchgeführt (davon 8 Sprunggelenksarthrodesen). Bei 9 Patienten wurden Defekte aufgrund von Zysten oder vorangegangenen Operationen aufgefüllt. Bei 11 Patienten wurden Entnahmedefekte nach Knochenentnahme aufgefüllt. Bei weiteren 7 Patienten wurde eine kniegelenknahe Umstellungsosteotomie durchgeführt (Abb. 2, 3).

Vor dem Einbringen sollte das Material mit Blut aus dem Defekt durchtränkt werden, um die plastischen bzw. elastischen Eigenschaften nutzbar machen zu können und die Integration durch Anreicherung mit Wachstumsfaktoren und Knochenmarkzellen zu fördern.

Ausgeschlossen wurden Patienten mit lokalen oder systemischen Infektionen, schweren Stoffwechselerkrankungen, konsumierenden Erkrankungen, ausgeprägter Osteoporose, Strahlentherapie oder die Wundheilung kompromittierenden Medikamenten. Auch direkter Kontakt zu offenen Epiphysenfugen, zum Gelenkraum oder bekannte Allergien gegen porcine Eiweiße waren Ausschlusskriterien.

Der präoperative Status wurde klinisch und nativradiologisch dokumentiert. Klinische und nativradiologische Kontrollen wurden postoperativ, 6 Wochen, 3 und 6 Monate sowie ein Jahr postoperativ durchgeführt. Beurteilt wurden die Resorption des Knochenersatzmaterials und die knöcherne Durchbauung anhand des Röntgenbilds. Auch die Verträglichkeit des Materials wurde klinisch anhand von Beschwerden und Befund beurteilt.

Patientengut: Insgesamt wurden 55 Patienten von Januar 2012 bis August 2013 in die Studie eingeschlossen. Die maximale Beobachtungsdauer betrug 12 Monate. Diese wurde bislang bei 28 Patienten erreicht. Weitere 12 Patienten haben die 6 Monatskontrollen passiert. 11 Patienten haben die Nachbeobachtung abgebrochen (8 Patienten sind aufgrund mangelnder Compliance nicht zu den Nachuntersuchungen erschienen, 2 Patienten sind aufgrund internistsicher Erkrankungen im Laufe der Nachuntersuchungsperiode verstorben, 1 Patient wurde aufgrund sekundärer Dislokation der Arthrodese bei inadäquater Belastung revidiert).

Die Geschlechterverteilung betrug 22 m zu 33 w. Das Durchschnittsalter lag bei 47 Jahren (17–79 Jahre). Das Durchschnittsgewicht lag bei 80 kg (49–158 kg). Es wurde 34-mal der mouldable und 24-mal der flexible Foam verwendet. Durchschnittlich wurden 10 cm³ Cerasorb Foam implantiert (Range 1–60 cm³, Abb. 1). Bei 6 Patienten wurde Cerasorb Foam mit autologer Spongiosa kombiniert.

Evaluationskriterien: Die Wirksamkeit nach radiologischen Kriterien wurde anhand von Knochenneubildung und Resorption beurteilt. Die Knochenneubildung wurde dabei in 5 Kategorien eingeteilt (keine, leicht, mittel, ausgeprägt, vollständig). Die Resorption in 3 Kategorien (keine, teilweise, vollständig).

Ergebnisse

Das Material ließ sich gut verarbeiten und in die Defektzonen einlegen bzw. an die Defekte anlagern. Hierbei zeigten sich die mouldable und flexible Form beide gut verwertbar und an die jeweilige Defektsituation anpassbar. In den postoperativen Röntgenkontrollen zeigte sich keine Dislokation des Materials. Das Granulat ließ sich also aufgrund der Einbindung in das Kollagengerüst gut und dauerhaft positionieren.

Im Rahmen der Studie kam es zu keinen Cerasorb-assoziierten Komplikationen. Es wurden keine Infekte oder Abstoßungen beobachtet. Bei allen abgeschlossenen Patienten konnte die Verträglichkeit mit sehr gut beurteilt werden (Abb. 6).

Zwischen der mouldable und der flexible Variante konnten nach einem Jahr keine Unterschiede bezüglich Knochenneubildung und Resorption festgestellt werden.

In Bezug auf das Alter der Patienten zeigte sich nach einem Jahr weder bezüglich der Resorption noch der Neubildung ein relevanter Unterschied. Es war jedoch auffällig, dass nach 6 Monaten die Knochenneubildung deutlich altersabhängig war, mit geringerer Neubildung bei den älteren Patienten, siehe Abbildung 7. So hatte nach 6 Monaten kein Patient über 60 eine ausgeprägte oder vollständige Resorption. Bei den 40–60-Jährigen waren es 30 %, bei den unter 40-Jährigen 60 %.

Bei der Betrachtung von Neubildung und Resorption im Verhältnis zum Gewicht ergab sich zu keinem Untersuchungszeitpunkt ein relevanter Unterschied.

Insgesamt war die Knochenneubildung sehr zufriedenstellend. So ergab sich nach einem Jahr ein Durchschnittswert von 3,2 (3 = ausgeprägt). Bei der Resorption ergab sich ein Durchschnittswert von 1,8 (2 = komplett). Bei 86 % der Patienten zeigte sich eine vollständige Resorption. Lediglich bei einzelnen Patienten, insbesondere solchen mit größeren Defekten und viel eingebrachtem Material, war noch Keramik sichtbar. Die Zugabe von autologer Spongiosa zeigte keinen relevanten Unterschied.

Bei der Betrachtung der Indikationen zeigte sich, dass Cerasorb Foam für alle gewählten Anwendungen sehr gut geeignet ist. Bei den Frakturen bestätigte sich die Beobachtung, dass sich bei jüngeren Patienten eine zügige, ausgeprägte Knochenneubildung beobachten lässt (Abb. 10, 12). Bei den älteren Patienten erfolgte die Neubildung etwas verzögert, schlussendlich jedoch befriedigend. Auch bei den Arthrodesen waren die Ergebnisse durchweg zufriedenstellend. Die Defektauffüllungen bei Entnahmen oder Zysten zeigten ebenfalls gute Ergebnisse (Abb. 6, 8 und 9, 11, 13, 14). Ähnliches galt für die Umstellungsosteotomien.

Diskussion

In der Orthopädie und Unfallchirurgie besteht ein nicht unerheblicher Bedarf an Knochenersatzmaterialien zur Füllung von Defekten oder Anlagerung an Defekte oder Frakturen. Der Goldstandard ist sicherlich die autologe Spongiosa. Diese verfügt als einziges Knochenersatzmaterial über osteokonduktive, osteoinduktive und osteogenetische Potenzen, wenn auch bei nicht vaskularisierten Knochenspänen nur eingeschränkt. Die Verfügbarkeit des Materials ist jedoch begrenzt, was bei großen Defekten oder wiederholten Defektauffüllungen limitierend ist. Auch die Qualität des Knochens nimmt mit zunehmenden Alter ab, was in Anbetracht eines immer älter werdenden Patientenguts zu Problemen führt. Die Entnahme der Spongiosa ist mit einem 2. Eingriff und einer Verlängerung der OP-Zeit und damit einer Kostensteigerung verbunden. Zusätzlich ist die Entnahme auch mit Risiken wie Blutungen, Infektionen und insbesondere Schmerzen verbunden.

Zur Lösung dieser Probleme gibt es unterschiedliche Ansätze. Generell kann man zwischen Fremdknochen und synthetischen Ersatzmaterialien unterscheiden. Auch Fremdknochen ist nicht uneingeschränkt verfügbar, die Gewinnung und Lagerung ist relativ aufwendig, und es gibt immer ein Restrisiko für die Übertragung von Infektionen. Bei den synthetischen Materialien sind die Kalziumphosphate eine bewährte und lang erprobte Gruppe. Hierzu gehört auch das Tricalciumphosphat, welches in dieser Studie in einer Verbindung mit porcinem Kollagen untersucht wurde.

Die Verarbeitung des Materials war unproblematisch. Vor dem Durchtränken mit Blut ließen sich bei Bedarf problemlos kleinere Stücke aus dem Schwamm herausschneiden. Nach dem Durchtränken ließen sich sowohl der mouldable als auch der flexible Foam leicht am Ort des Defekts einbringen und anlagern. Dank der schwammartigen Konsistenz blieb das Material am gewünschten Ort verhaftet. In den postoperativen Röntgenkontrollen wurde keine Positionsänderung des Materials beobachtet. Auch Fehlanlagerungen im umgebenden Gewebe entfielen.

Die Verträglichkeit des Materials war sehr zufriedenstellend. Es kam zu keinen Infektionen, Abstoßungsreaktionen oder sonstigen Cerasorb-assoziierten Komplikationen. Die Neubildung von Knochen und die Resorption des Materials erfolgten ebenfalls sehr zufriedenstellend. Bei allen Patienten war es nach 12 Monaten zu einer weitestgehenden Resorption des eingebrachten Granulats gekommen. Lediglich bei sehr großen Mengen Cerasorb Foam waren Reste von Keramik zu sehen. Parallel zum Abbau des Granulats zeigte sich eine nahezu vollständige Knochenneubildung nach 12 Monaten. Es konnten keine Unterschiede in dem Integrationsverhalten der flexiblen oder der mouldablen Form festgestellt werden. Auch das Körpergewicht der Patienten hatte keinen Einfluss auf die Integration. Lediglich ein hohes Patientenalter bewirkte eine langsamere Neubildung und einen verzögerten Abbau nach einem halben Jahr. In der Jahreskontrolle waren jedoch auch bei älteren Patienten keine Unterschiede mehr feststellbar. Dies überrascht nicht, da der Knochenstoffwechsel, insbesondere die Neubildung, im alten, meist osteoporotischen, Knochen reduziert ist. Alles in allem wurden damit die bereits in vorangegangenen Studien beobachteten Eigenschaften des Granulats bezüglich der Integration bestätigt [8, 6]. Durch die Kombination mit Kollagen ließen sich eine eindeutige Verbesserung des Handlings und zumindest kein Nachteil der Effektivität feststellen.

Abschließend muss Cerasorb Foam durchaus als Alternative zur autologen Spongiosa angesehen werden. Das Material zeigte gute Eigenschaften bezüglich der Integration, wurde nach 12 Monaten nahezu vollständig abgebaut und vermied die Entnahmemorbidität der autologen Spongiosa. Sowohl in den im Rahmen dieser Studie durchgeführten orthopädischen als auch in den unfallchirurgischen Anwendungen zeigte es sich als sehr effektiv. Ob bei bestimmten Indikationsstellungen oder Patientengruppen besondere Eignungen des Materials vorliegen, muss jedoch noch weiter untersucht werden. Die Einbettung in porcines Kollagen verbesserte die Verarbeitungseigenschaften und erlaubte gute Ergebnisse in Bezug auf die knöcherne Integration, eine Überlegenheit gegenüber Granulat ohne Kollagen sollte jedoch noch weiter untersucht werden.

Interessenkonflikt: Die Autoren erklären, dass kein Interessenkonflikt im Sinne der Richtlinien des International Committee of Medical Journal Editors besteht.

Korrespondenzadresse

Prof. Dr. med. Dr. h.c. Jörg Jerosch

Abteilung für Orthopädie, Unfallchirurgie und Sportmedizin

Johanna Etiennne Krankenhaus

Am Hasenberg 46, 41452 Neuss

J.Jerosch@ak-neuss.de

Literatur

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2. Horch H, Pautke C. Regeneration statt Reparation. Eine kritische Bewertung des autogenen Knochentransplantates als „Goldstandard“ bei der rekonstruktiven Chirurgie im Kieferbereich. Mund Kiefer GesichtsChir 2006; 10; 213–220

3. Goulet JA, Senunas LE, De Silva GL, Greenfield ML. Autogenous iliac crest bone graft. Complications and functional assessment. Clinical orthopaedics and related research 1997; 339; 76–81

4. Ogose A, Hotta T, Kawashima H et al. Comparison of hydroxyapatite and beta tricalciumphosphate as bone substitutes after excision of bone tumors. Journal of Biomedical Materials Research B Applied Biomaterials 2005; 72; 94–101

5. Peters F, Reif D. Functional materials for bone regeneration from beta-tricalcium phosphate. Mat.-wiss.u.Werkstofftech. 2004; 35; 203–207

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7. Szabo G, Huys L, Coulthard Pet al. A prospective multicentr clinical trial of autogenous bone versus tricalcium phosphat graft alone for bilateral sinus elevation: Histologic and Histomorphometric evaluation. International Journal of oral and maxillofacial implants 2005; 20; 371–381

8. Maus U, Andereya S, Gravius S. Klinische Erfahrungen mit dem resorbierbaren Knochenersatzstoff Cerasorb. Orthopädisch Praxis 2007; 43; 258–261

9. Carter JD, Swearingen AB, Chaput CD, Rahm MD. Clinical and radiographic assessment of transforaminal lumbal interbody fusion using HEALOS collagen-hydroxyapatite sponge with autologous bone marrow aspirate. Spine J 2009; 9; 434–438

10. Epstein NE. Beta tricalcium phosphate: observation of use in 100 posterolateral lumbar instrumented fusions. Spine J 2009; 9; 630–638

11. Ray WZ, Wright NM. Anterior cervical arthrodesis unsing an osteoconductive scaffold: The use of beta-tricalcium phosphate with local bone marrow aspirate in over 100 patients. SAS Journal 2009; 3; 114–117

12. Zerbo IR, Zijderveld S, de Boer A et al. Histomorphometry of human sinus floor augmentation using a porous ß-tricalcium phosphate: a prospective study. Clin oral implant res 2004; 15; 724–732

Fussnoten

1 Klinik für Orthopädie, Unfallchirugie und Sportmedizin, Johanna Etienne Krankenhaus, Neuss