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Erschienen in: Child's Nervous System 11/2020

01.11.2020 | Original Article

Hydrocephalus shunt therapy: current titanium shunt valve implants obstructed by internal tissue proliferations identified as extracellular matrix membranes

verfasst von: HC Ludwig, M Reitemeyer, HC Bock, M Sigler

Erschienen in: Child's Nervous System | Ausgabe 11/2020

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Abstract

Purpose

Shunt valves, required for treatment of hydrocephalus, demand for high performance rates and lifelong excellent function. To overcome problems with traditional silicone materials, adjustable and gravity-adapted titanium valves were developed. Even modern shunt valve systems are still subject to occlusion. The aim of the present study was to investigate dysfunctional silicone and titanium valves for presence of cellular and proteinous materials inside the housings by means of histopathology.

Methods

A total of 19 explanted shunt valves from children between 2 and 182 months of age were investigated following dysfunction. After fixation in formalin and embedding in hard resin, slices were ground to a thickness of 5–30 μ. Besides standard histology, immunohistochemistry was performed using antibodies with markers for microglia, astrocytes, platelets, monocytes, and the proteins laminin, fibronectin, and collagen IV.

Results

Traces, layers, and plaques could be demonstrated in every investigated silicone or titanium valve with an implantation time of more than 6 days. Most of the tissue was found adjacent to silicone and titanium surfaces of the inner housing, the adjustment rotor, and ball-in-cone core. Markers for micro and astroglia stained positive in 40–60% of the specimen, mostly demonstrating a proteinous layer positive for laminin (80%), fibronectin (30%), and collagen IV (30%).

Conclusions

Tissue reactions with formation of cellular and proteinous matrix components are common in obstructed silicone and titanium shunt valves. The tissue mimics astrocytic repair mechanisms genuine for basilar membrane matrix. The knowledge of these typical arachnoid patterns of colonization is a prerequisite for developing future shunt devices.
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Literatur
1.
Zurück zum Zitat Adams KL, Gallo V (2017) The diversity and disparity of the glial scar. Nat Neurosci 21(1):9–15CrossRef Adams KL, Gallo V (2017) The diversity and disparity of the glial scar. Nat Neurosci 21(1):9–15CrossRef
2.
Zurück zum Zitat Al-Maawi S, Orlowska A, Sader R, Kirkpatrick CJ, Ghanaati S (2017) In vivo cellular reactions to different biomaterials—physiological and pathological aspects and their consequences. Semin Immunol 29:49–61CrossRef Al-Maawi S, Orlowska A, Sader R, Kirkpatrick CJ, Ghanaati S (2017) In vivo cellular reactions to different biomaterials—physiological and pathological aspects and their consequences. Semin Immunol 29:49–61CrossRef
3.
Zurück zum Zitat Bock HC, Kanzler M, Thomale U-W, Ludwig H-C (2018) Implementing a digital real-time Hydrocephalus and Shunt Registry to evaluate contemporary pattern of care and surgical outcome in pediatric hydrocephalus. Childs Nerv Syst 34(3):457–464CrossRef Bock HC, Kanzler M, Thomale U-W, Ludwig H-C (2018) Implementing a digital real-time Hydrocephalus and Shunt Registry to evaluate contemporary pattern of care and surgical outcome in pediatric hydrocephalus. Childs Nerv Syst 34(3):457–464CrossRef
4.
Zurück zum Zitat Browd SR, Ragel BT, Gottfried ON, Kestle JRW (2006) Failure of cerebrospinal fluid shunts: part I: obstruction and mechanical failure. Pediatr Neurol 34(2):83–92CrossRef Browd SR, Ragel BT, Gottfried ON, Kestle JRW (2006) Failure of cerebrospinal fluid shunts: part I: obstruction and mechanical failure. Pediatr Neurol 34(2):83–92CrossRef
5.
Zurück zum Zitat Donath K, Breuner G (1982) A method for the study of undecalcified bones and teeth with attached soft tissues. The Säge-Schliff (sawing and grinding) technique. J Oral Pathol 11(4):318–326CrossRef Donath K, Breuner G (1982) A method for the study of undecalcified bones and teeth with attached soft tissues. The Säge-Schliff (sawing and grinding) technique. J Oral Pathol 11(4):318–326CrossRef
6.
Zurück zum Zitat Echizenya K, Satoh M, Mural H, Ueno H, Abe H, Komei T (1987) Mineralization and biodegradation of CSF shunting systems. J Neurosurg 67:584–591CrossRef Echizenya K, Satoh M, Mural H, Ueno H, Abe H, Komei T (1987) Mineralization and biodegradation of CSF shunting systems. J Neurosurg 67:584–591CrossRef
7.
Zurück zum Zitat Eymann R, Meier U, Kiefer M (2010) Animal experiments to evaluate complications of foreign materials on silicone with shunt catheters: preliminary results. Acta Neurochir Suppl 106(Chapter 15):91–93CrossRef Eymann R, Meier U, Kiefer M (2010) Animal experiments to evaluate complications of foreign materials on silicone with shunt catheters: preliminary results. Acta Neurochir Suppl 106(Chapter 15):91–93CrossRef
8.
Zurück zum Zitat Hao X, Junwen W, Jiaqing L, Ran L, Zhuo Z, Yimin H, Wei J, Wei S, Ting L (2016) High fibrosis indices in cerebrospinal fluid of patients with shunt-dependent post-traumatic chronic hydrocephalus. Transl Neurosci 7(1):92–97CrossRef Hao X, Junwen W, Jiaqing L, Ran L, Zhuo Z, Yimin H, Wei J, Wei S, Ting L (2016) High fibrosis indices in cerebrospinal fluid of patients with shunt-dependent post-traumatic chronic hydrocephalus. Transl Neurosci 7(1):92–97CrossRef
9.
Zurück zum Zitat Hao X, Zhangxiang W, Shaolin Z, Guowei T, Hongwei Z (2013) Procollagen type I C-terminal propeptide, procollagen type III N-terminal propeptide, hyaluronic acid, and laminin in the cerebrospinal fluid of rats with communicating hydrocephalus. J Neurosurg Pediatr 11(6):692–696CrossRef Hao X, Zhangxiang W, Shaolin Z, Guowei T, Hongwei Z (2013) Procollagen type I C-terminal propeptide, procollagen type III N-terminal propeptide, hyaluronic acid, and laminin in the cerebrospinal fluid of rats with communicating hydrocephalus. J Neurosurg Pediatr 11(6):692–696CrossRef
10.
Zurück zum Zitat Harris CA, McAllister JP II (2012) What we should know about the cellular and tissue response causing catheter obstruction in the treatment of hydrocephalus. Neurosurgery 70(6):1589–1602CrossRef Harris CA, McAllister JP II (2012) What we should know about the cellular and tissue response causing catheter obstruction in the treatment of hydrocephalus. Neurosurgery 70(6):1589–1602CrossRef
11.
Zurück zum Zitat Mestre H, Hablitz LM, Xavier AL et al (2018) Aquaporin-4-dependent glymphatic solute transport in the rodent brain. Elife 7:74CrossRef Mestre H, Hablitz LM, Xavier AL et al (2018) Aquaporin-4-dependent glymphatic solute transport in the rodent brain. Elife 7:74CrossRef
12.
Zurück zum Zitat Morris AWJ, Sharp MM, Albargothy NJ, Fernandes R, Hawkes CA, Verma A, Weller RO, Carare RO (2016) Vascular basement membranes as pathways for the passage of fluid into and out of the brain. Acta Neuropathol 131(5):725–736CrossRef Morris AWJ, Sharp MM, Albargothy NJ, Fernandes R, Hawkes CA, Verma A, Weller RO, Carare RO (2016) Vascular basement membranes as pathways for the passage of fluid into and out of the brain. Acta Neuropathol 131(5):725–736CrossRef
13.
Zurück zum Zitat Nakada T, Kwee IL (2018) Fluid dynamics inside the brain carrier: current concept of interstitial flow, glymphatic flow, and cerebrospinal fluid circulation in the brain. Neuroscientist 45:107385841877502–107385841877512 Nakada T, Kwee IL (2018) Fluid dynamics inside the brain carrier: current concept of interstitial flow, glymphatic flow, and cerebrospinal fluid circulation in the brain. Neuroscientist 45:107385841877502–107385841877512
14.
Zurück zum Zitat Nakada T, Kwee I, Igarashi H, Suzuki Y (2017) Aquaporin-4 functionality and Virchow-Robin space water dynamics: physiological model for neurovascular coupling and glymphatic flow. Int J Mol Sci 18(8):1798–1714CrossRef Nakada T, Kwee I, Igarashi H, Suzuki Y (2017) Aquaporin-4 functionality and Virchow-Robin space water dynamics: physiological model for neurovascular coupling and glymphatic flow. Int J Mol Sci 18(8):1798–1714CrossRef
15.
Zurück zum Zitat NULSEN FE, SPITZ EB (1951) Treatment of hydrocephalus by direct shunt from ventricle to jugular vein. Surg Forum 2:399–403 NULSEN FE, SPITZ EB (1951) Treatment of hydrocephalus by direct shunt from ventricle to jugular vein. Surg Forum 2:399–403
17.
Zurück zum Zitat Quentin T, Poppe A, Bär K, Sigler A, Foth R, Michel-Behnke I, Paul T, Sigler M (2009) A novel method for processing resin-embedded specimens with metal implants for immunohistochemical labelling. Acta Histochem 111(6):538–542CrossRef Quentin T, Poppe A, Bär K, Sigler A, Foth R, Michel-Behnke I, Paul T, Sigler M (2009) A novel method for processing resin-embedded specimens with metal implants for immunohistochemical labelling. Acta Histochem 111(6):538–542CrossRef
18.
Zurück zum Zitat Quintana FJ (2017) Astrocytes to the rescue! Glia limitans astrocytic endfeet control CNS inflammation. J Clin Invest 127(8):2897–2899CrossRef Quintana FJ (2017) Astrocytes to the rescue! Glia limitans astrocytic endfeet control CNS inflammation. J Clin Invest 127(8):2897–2899CrossRef
19.
Zurück zum Zitat Sigler M, Paul T, Grabitz RG (2005) Biocompatibility screening in cardiovascular implants. Z Kardiol 94(6):383–391CrossRef Sigler M, Paul T, Grabitz RG (2005) Biocompatibility screening in cardiovascular implants. Z Kardiol 94(6):383–391CrossRef
20.
Zurück zum Zitat Sigler M, Klötzer J, Quentin T, Paul T, Möller O (2015) Stent implantation into the tracheo-bronchial system in rabbits: histopathologic sequelae in bare metal vs. drug-eluting stents. Mol Cell Pediatr 2(1):10CrossRef Sigler M, Klötzer J, Quentin T, Paul T, Möller O (2015) Stent implantation into the tracheo-bronchial system in rabbits: histopathologic sequelae in bare metal vs. drug-eluting stents. Mol Cell Pediatr 2(1):10CrossRef
21.
Zurück zum Zitat Soler GJ, Jaiswal D, Zaveri HP (2018) A review of cerebral shunts, current technologies, and future endeavors. Yale J Biol 91:313–321PubMed Soler GJ, Jaiswal D, Zaveri HP (2018) A review of cerebral shunts, current technologies, and future endeavors. Yale J Biol 91:313–321PubMed
22.
Zurück zum Zitat Sridharan A, Rajan SD, Muthuswamy J (2013) Long-term changes in the material properties of brain tissue at the implant–tissue interface. J Neural Eng 10(6):066001CrossRef Sridharan A, Rajan SD, Muthuswamy J (2013) Long-term changes in the material properties of brain tissue at the implant–tissue interface. J Neural Eng 10(6):066001CrossRef
23.
Zurück zum Zitat Sridharan R, Cameron AR, Kelly DJ, Kearney CJ, O’Brien FJ (2015) Biomaterial based modulation of macrophage polarization: a review and suggested design principles. Biochem Pharmacol 18(6):313–325 Sridharan R, Cameron AR, Kelly DJ, Kearney CJ, O’Brien FJ (2015) Biomaterial based modulation of macrophage polarization: a review and suggested design principles. Biochem Pharmacol 18(6):313–325
24.
Zurück zum Zitat Suzuki K, Yamada K, Nakada K, Suzuki Y, Watanabe M, Kwee IL, Nakada T (2017) MRI characteristics of the glia limitans externa: a 7T study. Magn Reson Imaging 44:140–145CrossRef Suzuki K, Yamada K, Nakada K, Suzuki Y, Watanabe M, Kwee IL, Nakada T (2017) MRI characteristics of the glia limitans externa: a 7T study. Magn Reson Imaging 44:140–145CrossRef
25.
Zurück zum Zitat Tubbs RS, Muhleman M, Loukas M, Cohen-Gadol AA (2011) Ventriculoperitoneal shunt malfunction from cerebrospinal fluid eosinophilia in children: case-based update. Childs Nerv Syst 28(3):345–348CrossRef Tubbs RS, Muhleman M, Loukas M, Cohen-Gadol AA (2011) Ventriculoperitoneal shunt malfunction from cerebrospinal fluid eosinophilia in children: case-based update. Childs Nerv Syst 28(3):345–348CrossRef
26.
Zurück zum Zitat Whitelaw A (2001) Intraventricular haemorrhage and posthaemorrhagic hydrocephalus: pathogenesis, prevention and future interventions. Semin Neonatol 6(2):135–146CrossRef Whitelaw A (2001) Intraventricular haemorrhage and posthaemorrhagic hydrocephalus: pathogenesis, prevention and future interventions. Semin Neonatol 6(2):135–146CrossRef
27.
Zurück zum Zitat Yabushita T (1995) Development of valve spring made of titanium alloy. JSAE Rev 16(1):112CrossRef Yabushita T (1995) Development of valve spring made of titanium alloy. JSAE Rev 16(1):112CrossRef
Metadaten
Titel
Hydrocephalus shunt therapy: current titanium shunt valve implants obstructed by internal tissue proliferations identified as extracellular matrix membranes
verfasst von
HC Ludwig
M Reitemeyer
HC Bock
M Sigler
Publikationsdatum
01.11.2020
Verlag
Springer Berlin Heidelberg
Erschienen in
Child's Nervous System / Ausgabe 11/2020
Print ISSN: 0256-7040
Elektronische ISSN: 1433-0350
DOI
https://doi.org/10.1007/s00381-019-04467-8

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