Σκοπός της παρούσας μελέτης είναι η εκτίμηση και αξιολόγηση της αποτελεσματικότητας της αντικατάστασης της εξωτερικής οστεοσύνθεσης με ενδομυελικό ήλο, κατά την φάση ωρίμανσης του πώρου μετά από οστική επιμήκυνση. Σε πειραματικό επίπεδο διενεργήθηκε, σε 12 σκελετικά ώριμα θηλυκά πρόβατα τα οποία χωρίσθηκαν σε δύο όμοιες ομάδες (ομάδα Α και ομάδα Β), οστεοτομία κνήμης και σταδιακή επιμήκυνση 2cm με τη χρήση συσκευής Ilizarov και ρυθμό 0,5mm/12ώρο. Στην ομάδα Α, αμέσως μετά το τέλος της επιμήκυνσης, γινόταν αφαίρεση της συσκευής Ilizarov και τοποθέτηση, υπό ακτινοσκοπικό έλεγχο στατικού ενδομυελικού ήλου, χωρίς γλυφανισμό. Στην ομάδα Β (ομάδα ελέγχου), η συσκευή Ilizarov παρέμεινε (κατά την συνήθη τεχνική) έως το τέλος της φάσης ωρίμανσης του πώρου. Η πορεία της ωρίμανσης του πώρου, μελετήθηκε και στις δύο ομάδες, σε συγκεκριμένες χρονικές στιγμές, με ακτινολογικούς ελέγχους, υπερηχογραφήματα, triplex, και ψηφιακή αγγειογραφία. Όλα τα πειραματόζωα θυσιάστηκαν την 70η ημέρα μετά την οστεοτομία και τα οστικά παρασκευάσματα μελετήθηκαν με υπολογιστική αξονική τομογραφία και ιστοπαθολογική ανάλυση . Όλα τα πειραματόζωα της ομάδας Α, ανέχθηκαν επιτυχώς την ενδομυελική ήλωση, και διατήρησαν τον άξονα του σκέλους, ενώ βελτιώθηκε η κινητικότητα και η ποιότητα διαβίωσή τους μετά την αφαίρεση της συσκευής. Σε όλα είχε αναπτυχθεί ώριμος πώρος στο τέλος της φάσης σταθεροποίησης, με έντονη παρουσία στοιχείων οστικής ανακατασκευής (remodeling). Στην ομάδα Β, στο ίδιο χρονικό διάστημα, 5 στα 6 ανέπτυξαν σκληρό δευτερογενή ώριμο πώρο, 3 είχαν διαταραχή στον άξονα του σκέλους, 3 παρουσίασαν επιπολής λοίμωξη στις εισόδους των βελονών ενώ 1 ανέπτυξε εν τω βάθη λοίμωξη. Σε κλινικό επίπεδο, σε 30 ασθενείς (33 περιπτώσεις), η συσκευή εξωτερικής επιμήκυνσης (Ilizarov ή μονόπλευρη) αντικαταστάθηκε σε κάποια χρονική στιγμή κατά την διάρκεια της φάσης σταθεροποίησης μετά το τέλος της οστικής επιμήκυνσης από στατική ενδομυελική ήλωση. Τα κύρια αίτια που οδήγησαν σ’ αυτή την αντικατάσταση ήταν: α) καθυστέρηση πώρωσης στο σημείο οστικής συμπλησίασης (17 ασθενείς), β) γωνιακή παραμόρφωση του πώρου ή κάταγμα (8 ασθενείς), γ) δυσανεξία της συσκευής (5 ασθενείς), σε συνδυασμό ή όχι με καθυστέρηση ωρίμανσης του πώρου επιμήκυνσης. Ο μέσος χρόνος παρακολούθησης των ασθενών ήταν 4 χρόνια (2-13 χρόνια). H συσκευή επιμήκυνσης παρέμεινε κατά μέσο όρο 340 ημέρες (148-630 ημέρες) ή κατά αναλογία με το μέγεθος του οστικού ελλείμματος 38 ημέρες/cm ελλείμματος. Σε έναν ασθενή (3,03%) συνέβη ενδομυελική λοίμωξη μετά την τοποθέτηση του ήλου ενώ σε 5 περιπτώσεις (15,2%) μικρή απώλεια του μήκους του πώρου. Σε μία περίπτωση (3,03%) υπήρξε αποτυχία πώρωσης στο σημείο της οστικής συμπλησίασης. Στους υπόλοιπους ασθενείς επήλθε ολοκλήρωση της ωρίμανσης του πώρου είτε στην περιοχή της επιμήκυνσης είτε στην περιοχή της τελικής συμπλησίασης σε μέσο χρονικό διάστημα 5,9 μηνών. Η δευτερογενής ενδομυελική ήλωση μετά από διατατική οστεογένεση μειώνει τη διάρκεια εφαρμογής της εξωτερικής οστεοσύνθεσης, επιλύει προβλήματα δυσανεξίας στη συσκευή της εξωτερικής οστεοσύνθεσης, ενώ προάγει τη διαδικασία πώρωσης στην περιοχή της τελικής συμπλησίασης και στην περιοχή του επιμηκυνθέντος πώρου επιταχύνοντας την λειτουργική αποκατάσταση του σκέλους. / The purpose of the study is to evaluate the effectiveness of external fixation exchange by intramedullary nailing during consolidation phase following callus distraction phase in distraction osteogenesis. In 12 skeletally mature sheep, divided in two groups (group A and group B), tibial shaft osteotomy and 2cm gradual callus distraction using Ilizarov external fixator was performed. In group A, Ilizarov fixator was removed immediately after lengthening completion and static unreamed intramedullary nail was inserted. In group B (control group), Ilizarov device remained during consolidation phase (according to the usual technique). Formatted callus was studied by radiographs, ultrasonograms, triplex and digital angiograms. All animals were sacrificed 70 days after osteotomy and bone specimens, were evaluated by computed tomograms and histopathologic examination. In group A, all animals successfully tolerated intramedullary nailing attaining limb alignment and formatted mature callus (which had started the remodeling phase), before being sacrificed. In group B, 5/6 formatted mature callus, 3 had serious axis disorder, 3 persistent superficial pin-track infections and 1 deep infection. The method decreases the total duration of external fixation, limits joint stiffness, pin-track infections and axial deformities, and provides protection against re-fracture. We also evaluated the outcome in 30 patients (33 segments) with secondary intramedullary nailing during the consolidation phase after callus distraction using an external device. Docking site nonunion (17 patients), angular deformity or fracture of the lengthened area (8 patients), or intolerance to the external device (5 patients), in combination or not with a delayed distracted callus maturation, were the main reasons for nailing. The average follow-up time was 4 (2-12 years). Intramedullary infection after nailing occurred in 1 case, and slight callus length loss in 5 cases. Failure of union at the docking site with nail breakage occurred in 1 case. In the other patients, consolidation in the lengthened callus area as well as union at the docking site was achieved average 6 months after nailing. Secondary intramedullary nailing during the consolidation phase of distraction osteogenesis is a treatment option for intolerance of the external fixator, delayed callus maturation or docking site nonunion, reducing the prolonged use of the external fixator.

- / -

Το ερευνητικό πεδίο της παρούσας διδακτορικής διατριβής ήταν η οστεοενσωμάτωση οστικών εμφυτευμάτων. Οι βασικοί στόχοι της έρευνας αφορούσαν την κατανόηση του ρόλου τριών βασικών ρυθμιστικών παραγόντων της διαδικασίας οστεοενσωμάτωσης, δηλαδή της μηχανικής φόρτισης, της επιφανειακής τοπογραφίας και της επιφανειακής (βιο)χημείας, καθώς και τη μελέτη του βασικότερου λόγου αστοχίας των ορθοπεδικών εμφυτευμάτων, της παραγωγής μικροσωματιδίων προϊόντων φθοράς τους. / -

Thirty eligible patients are randomly assigned to two groups. The test group received PRP application around new implants, while in the control group no PRP treatment was made. The bone-to-implant contact region was analyzed in a clinical sample of 60 Digitized Panoramic Radiographs, 30 corresponding to immediate implant loading (Class-I) and 30 after an 8 month follow-up period (Class-II). This region was sampled by 1146 circular Regions-of-Interest (ROIs), resulting from a specifically designed segmentation scheme based on Markov-Random-Fields (MRF). From each ROI, 41 textural features were extracted, then reduced to a subset of 4 features due to redundancy and employed as input to Receiver-Operating-Characteristic (ROC) analysis, to assess the textural differentiation between two classes. / Σε αυτή την έρευνα για πρώτη φορά πραγματοποιήθηκε μια υπολογιστική μελέτη υφής για την εκτίμηση της διαφοροποίησης της υφής που συνδέεται με τις ιδιότητες του σχηματισμού των οστών, περιμετρικά του εμφυτεύματος μετά την χρήση πλάσματος πλούσιο σε αιμομετάλια (Platelet-Rich-Plasma), σε πανοραμικές ακτινογραφίες. Ο κύριος στόχος ήταν να ποσοτικοποιηθεί οποιαδήποτε διαφοροποίηση της υφής σε εικόνες πανοραμικής ακτινογραφίας σε μια περίοδο παρακολούθησης 8 μηνών, στην διεπαφή οστών-εμφυτεύματος, μεταξύ των δύο κατηγοριών (0 & 8 μήνες) και κατά συνέπεια να αξιολογηθεί οποιαδήποτε στατιστική διαφορά στα χαρακτηριστικά υφής των ακτινογραφιών μεταξύ των ομάδων ελέγχου και δοκιμασίας που μπορεί να αποδοθεί στη θεραπεία PRP. Η ανάλυση υφής σε συνδυασμό με τις ιδιότητες του σχηματισμού των οστών γύρω περιμετρικά του εμφυτεύματος πραγματοποιήθηκε με ROC ανάλυση.

Σκοπός αυτής της πειραματικής μελέτης είναι ο έλεγχος βιολογικής συμπεριφοράς διαφόρων τύπων μοσχευμάτων που σήμερα χρησιμοποιούνται ευρέως ως υποκατάστατα οστοών. Υλικό–Μέθοδος: Στην παρούσα μελέτη χρησιμοποιήθηκαν 90 κουνέλια Νέας Ζηλανδίας, ηλικία 3.5 μηνών και βάρους 4(0.25)kg, τα οποία χωρίσθηκαν σε 6 ομάδες, η κάθε μία εκ των οποίων περιελάμβανε 15 κουνέλια. Υπό γενική αναισθησία, με ενδομυϊκή χορήγηση κεταμίνης 35mg/kg και ξυλαζίνης 5mg/kg, δημιουργήθηκε, με πλάγια χειρουργική προσπέλαση, μια οπή με φρέζα διαμέτρου 4.5mm και βάθους 8mm, στους μηριαίους κονδύλους των 2 οπισθίων άκρων του κάθε κουνελιού (σύνολο 180 οπές). Στις οπές αυτές τοποθετήθηκαν τα ακόλουθα μοσχεύματα: Ομάδα Ι-αυτομόσχευμα, Ομάδα ΙΙ-αλλομόσχευμα (Grafton®), Ομάδα ΙΙΙ-ξενομόσχευμα (Lubboc®), Ομάδα ΙV-συνθετικό υποκατάστατο οστικών μοσχευμάτων (Ceraform®), Ομάδα V- συνθετικό υποκατάστατο οστικών μοσχευμάτων (Οsteoset®), Ομάδα VI-χωρίς μόσχευμα. Μετά την τοποθέτηση των μοσχευμάτων, τα κουνέλια θυσιάστηκαν με ενδοφλέβια νατριούχο θειοπεντάλη 5ml (pentothal) 10%, σε 1, 3 και 6 μήνες όπου έγινε λήψη δειγμάτων (το κάτω τριτημόριο του μηριαίου) για ιστολογική μελέτη. Τα δείγματα αξιολογήθηκαν με μια ιστολογική κλίμακα βαθμολόγησης 15-point για να καθοριστεί η ποιότητα της πώρωσης, η παρουσία οστικού ελλείμματος, η νέοαγγειογένεση και η αντιδραστική παρουσία κυττάρων φλεγμονής, καθώς και ο βαθμός ενσωμάτωσης και ανακατασκευής του πώρου. Αποτελέσματα: Σύμφωνα με την ιστολογική κλίμακα το αυτομόσχευμα έδειξε τα καλύτερα αποτελέσματα σε όλες τις χρονικές στιγμές. Όλοι οι άλλοι τύποι μοσχεύματος έδειξαν σημαντικά κατώτερα αποτελέσματα σε σχέση με το αυτόλογο μόσχευμα (p≤0.05). Το Lubboc είχε σημαντικά καλύτερα αποτελέσματα σε σχέση με τα άλλα τρία μοσχεύματα (Grafton, Ceraform και Osteoset). Το Ceraform είχε τα κατώτερα αποτελέσματα σε όλες τις κατιγορίες Συμπεράσματα: Το αυτόλογο μόσχευμα παραμένει το πρότυπο αναφοράς “gold standard” των μοσχευμάτων, επιδεικνύοντας εξαιρετικές ικανότητες ενσωμάτωσης. Το βόειο ξενομόσχευμα (Lubboc®) συνέβαλλε στη σύνθεση του πεταλιώδους οστού πιο αποτελεσματικά από το αλλομόσχευμα (Grafton®). Τα υποκατάστατα οστών (Ceraform® και Οsteoset®) ήταν κατώτερα από τα αλλομοσχεύματα και τα ξενομοσχεύματα / Background: Different types of bone-graft substitutes have been developed and are on the market worldwide to eliminate the drawbacks of autogenous grafting. This experimental animal study was undertaken to evaluate the different histological properties of various bone graft substitutes utilized in this hospital. Material/Methods: Ninety New Zealand white rabbits were divided into six groups of 15 animals. Under general anesthesia, a 4.5 mm-wide hole was drilled into both the lateral femoral condyles of each rabbit, for a total of 180 condyles for analysis. The bone defects were filled with various grafts, these being 1) autograft, 2) DBM crunch allograft (Grafton(R)), 3) bovine cancellous bone xenograft (Lubboc(R)), 4) calcium phosphate hydroxyapatite substitute (Ceraform(R)), 5) calcium sulfate substitute (Osteoset(R)), and 6) no filling (control). The animals were sacrificed at 1, 3, and 6 months after implantation and tissue samples from the implanted areas were processed for histological evaluation. A histological grading scale was designed to determine the different histological parameters of bone healing. Results: The highest histological grades were achieved with the use of cancellous bone autograft. Bovine xenograft (Lubboc) was the second best in the histological scale grading. The other substitutes (Grafton, Ceraform, Osteoset) had similar scores but were inferior to both allograft and xenograft. Conclusions: Bovine xenograft showed better biological response than the other bone graft substitutes; however, more clinical studies are necessary to determine its overall effectiveness.

Με την ηλικία, νόσοι που σχετίζονται με δομικά ελαττώματα των οστών που οφείλονται σε κατάγματα ή εκφυλισμούς, αναμένονται να αυξηθούν σε συχνότητα. Επιπλέον, η αύξηση του προσδόκιμου ζωής επιβάλλει τη χρήση βελτιωμένων συνθετικών υλικών για την αντικατάσταση νοσούντων οστών, για παράδειγμα κατά τη χρήση μεταλλικών ράβδων σε περιπτώσεις βλαβών μη-ένωσης και στις χειρουργικές επεμβάσεις αντικατάστασης ισχίου. Τα υπάρχοντα υλικά σχετίζονται με υπο-βέλτιστη οστεοενσωμάτωση και προβληματική μακροπρόθεσμη επιβίωση του σύνθετου εμφυτεύματος. Για το λόγο αυτό, η βελτίωση των υλικών επικάλυψης και των μηχανικών ιδιοτήτων των νέων, κυτταρικά συμβατών, συστατικών είναι επιτακτική. Για να αντιμετωπιστεί αυτό το πρόβλημα, υλικά νέας γενιάς είναι διαθέσιμα, ενδεχομένως με καλύτερες ιδιότητες ως υπόστρωμα προσκόλλησης για τα κύτταρα των οστών. Ο σκοπός της παρούσας εργασίας ήταν να εκτιμηθεί η ικανότητα ενός νέου, ειδικά κατασκευασμένου υλικού απο νανοσωλήνες άνθρακα ως προς τη διατήρηση της σωστής έκφρασης των χαρακτηριστικών γονιδίων των οστεοβλαστών, με έμφαση στην έκφραση των γονιδίων που εμπλέκονται στις αλληλεπιδράσεις οστεοβλαστών-υποστρώματος και έτσι προωθούν την σταθερή προσκόλληση των κυττάρων στο υπόστρωμα. Παράλληλα, ερευνήσαμε και την επίδραση της μηχανικής καταπόνησης στην έκφραση των γονιδίων αυτών σε κύτταρα που καλλιεργήθηκαν σε νανοσωλήνες άνθρακα. Χρησιμοποιήσαμε δύο ανεξάρτητες απομονώσεις οστεοβλαστών διαφοροποιημένων από ανθρώπινα μεσεγχυματικά βλαστικά κύτταρα μυελού των οστών, δηλαδή προχωρήσαμε σε δύο ανεξάρτητα πειράματα. Και στα δύο, για να γίνει ο πειραματισμός όσο εγγύτερα στις πραγματικές συνθήκες, καλλιεργήσαμε τους οστεοβλάστες υπο στατικές συνθήκες όσο και υπό συνθήκες μηχανικής καταπόνησης, για την προσομοίωση "in vivo" συνθηκών, και συγκρίθηκε η γονιδιακή έκφραση οστεοβλαστών που καλλιεργήθηκαν σε πλαστικό έναντι επιφανειών επικαλυμμένων με νανοσωλήνες άνθρακα. Απομονώσαμε το RNA από τους οστεοβλάστες μετά από την καλλιέργειά τους για 3 και 24 ώρες και προσδιορίσαμε, χρησιμοποιώντας την τεχνική real time RΤ-PCR, την έκφραση των ακόλουθων γονιδίων σε επίπεδο mRNA: κολλαγόνο-α1, αλκαλική φωσφατάση, οστεοποντίνη, βινκουλίνη και ιντεγκρίνες α4, αV, β1 και β3. Συνολικά, τα αποτελέσματα της ανάλυσης του κυτταρικού mRNA έδειξαν ότι η γονιδιακή έκφραση μετά από 3 ώρες καλλιέργειας είναι πολύ μεταβλητή, και οριστικά συμπεράσματα δεν θα μπορούσαν να εξαχθούν. Ωστόσο, αφού δίνεται η ευκαιρία στα κύτταρα να προσκολληθούν σταθερά, στις 24 ώρες, κατέστη σαφές ότι: α) η κυτταρική ταυτότητα των διαφοροποιημένων οστεοβλαστών διατηρείται, με βάση το γεγονός ότι η έκφραση αυτών των χαρακτηριστικών γονιδίων, που σχετίζονται με την προσκόλληση, συντηρείται σωστά, αν και σε διάφορα επίπεδα, β) σε στατικές συνθήκες, το επίπεδο της έκφρασης των εξετασθέντων γονιδίων είναι κατά τι χαμηλότερο σε οστεοβλάστες που καλλιεργηθήκαν σε επικαλυμμένη επιφάνεια με νανοσωλήνες άνθρακα σε σύγκριση με τα κύτταρα που καλλιεργηθήκαν σε πλαστικό, και γ) σε σύγκριση με τις στατικές συνθήκες, το μηχανικό ερέθισμα ενισχύει την έκφραση αυτών των γονιδίων οστεοβλαστών όταν καλλιεργούνται σε νανοσωλήνες άνθρακα, για την επίτευξη υψηλών επιπέδων mRNA έκφρασης των γονιδίων κυτταρικής προσκόλλησης. Τα αποτελέσματα της τελευταίας ανάλυσης της γονιδιακής έκφρασης είναι επίσης συμβατά με τις συνολικές ποσότητες RNA που λαμβάνονται, υποστηρίζοντας έμμεσα τη σταθερή προσκόλληση και επιβίωση των οστεοβλαστών σε νανοσωλήνες άνθρακα υπο συνθήκες μηχανικής καταπόνησης. Συμπεραίνουμε λοιπόν ότι το νέο υπόστρωμα από νανοσωλήνες άνθρακα που αναλύθηκε σε μηχανικές συνθήκες διέγερσης που προσομοιάζουν, κατά το δυνατόν, συνθήκες καταπόνησης in vivo, συνιστά ένα κατάλληλο κυτταρικό υπόστρωμα, συμβατό με την επιβίωση των οστεοβλαστών, τη διαφοροποίηση, την ανάπτυξη και την σταθερή προσκόλλησή τους στο υπόστρωμα νανοσωλήνων. Η εργασία αυτή υποστηρίζει την πιθανότητα της χρήσης αυτών των νέων υλικών στο μέλλον για την επικάλυψη σκελετικών προσθέσεων, με σκοπό την απόκτηση βέλτιστης οστεοενσωμάτωσης. / As population ages, diseases related to bone structural defects due to fracture or degeneration are expected to increase in frequency. In addition, the increase in life expectancy necessitates better composite materials for replacement of diseased/fractured bones, for example during the use of metal rods for non-union defects and in hip replacement surgery. The existing materials are associated with sub-optimal osseointegration and problematic long-term survival of the composite graft. For this reason, improvement of coating materials and engineering of novel cell-compatible components is imperative. To address this problem, new-generation materials are available, with possibly better bone cell adherence properties. The Aim of this work was to evaluate the ability of a novel, specially-constructed carbon nanotube material to sustain proper expression of characteristic osteoblast genes, with emphasis on the expression of genes that are functionally involved in osteoblast-matrix interactions and promote firm cell adherence to substrate. We used two independent isolates of osteoblasts differentiated from human bone marrow mesenchymal stem cells, ie we proceeded to two independent experimental runs. In both, to make the experimentation more context-relevant, we grew the osteoblasts in static as well as under mechanical strain, to simulate in vivo conditions, and also compared gene expression in osteoblasts grown on plastic versus carbon nanotube-coated surface. We isolated RNA from the osteoblasts at 3 hours and 24 hours after seeding them on the culture vessels and determined, using real-time RT-PCR techniques, the level of expression of the following genes at the mRNA level: α1-collagen, alkaline phosphatase, osteopontin, vinculin, and integrins α4, αV, β1 and β3. All in all, the results on cell mRNA analysis indicated that gene expression at 3h post-plating is too variable and no firm conclusions could be drawn. However, once the cells are given a chance to firmly adhere, at 24h, it became clear that: a) osteoblast cell identity is maintained, based on the fact that the expression of these characteristic matrix- and adhesion-related genes is properly maintained, albeit in various levels, b) in static conditions, the level of expression of the examined genes is lower in cells grown on nanotube-coated surface compared to cells grown on plastic, and c) in comparison to static conditions, mechanical stimulation enhances expression of these genes in osteoblasts grown on nanotubes, to attain robust levels of cell adherence gene mRNA expression. The results of the latter gene expression analysis are also compatible with total RNA quantities obtained, indirectly arguing firm osteoblast adhesion/survival on nanotubes under mechanical strain conditions. We therefore conclude that the novel carbon nanotubes assayed herein in lifelike mechanical stimulation conditions, constitute an appropriate cell-bearing surface, compatible with osteoblast survival, differentiation, growth and firm adherence to substrate. This work raises the possibility of using this novel material in the future to coat skeletal prostheses, in order to obtain improved osseointegration.