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Erschienen in: Journal of Artificial Organs 1/2017

02.08.2016 | Original Article

Repair of segmental radial defects in dogs using tailor-made titanium mesh cages with plates combined with calcium phosphate granules and basic fibroblast growth factor-binding ion complex gel

verfasst von: Muneki Honnami, Sungjin Choi, I-li Liu, Wataru Kamimura, Tetsushi Taguchi, Makoto Ichimura, Yukinori Urushisaki, Hironori Hojo, Nobuyuki Shimohata, Shinsuke Ohba, Koichi Amaya, Hiroyuki Koyama, Ryohei Nishimura, Ung-il Chung, Nobuo Sasaki, Manabu Mochizuki

Erschienen in: Journal of Artificial Organs | Ausgabe 1/2017

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Abstract

Repair of large segmental defects of long bones are a tremendous challenge that calls for a novel approach to supporting immediate weight bearing and bone regeneration. This study investigated the functional and biological characteristics of a combination of a tailor-made titanium mesh cage with a plate (tTMCP) with tetrapod-shaped alpha tricalcium phosphate granules (TB) and basic fibroblast growth factor (bFGF)-binding ion complex gel (f-IC gel) to repair 20-mm segmental radial defects in dogs. The defects were created surgically in 18 adult beagle dogs and treated by implantation of tTMCPs with TB with (TB-gel group) or without (TB group) f-IC gel. Each tTMCP fitted the defect well, and all dogs could bear weight on the affected limb immediately after surgery. Dogs were euthanized 4, 8 and 24 weeks after implantation. Histomorphometry showed greater infiltration of new vessels and higher bone union rate in the TB-gel group than in the TB group. The lamellar bone volume and mineral apposition rate did not differ significantly between the groups, indicating that neovascularization may be the primary effect of f-IC gel on bone regeneration. This combination method which is tTMCP combined with TB and f-IC gel, would be useful for the treatment of segmental long bone defects.
Literatur
1.
Zurück zum Zitat Heissler E, Fischer FS, Bolouri S, Lehmann T, Mathar W, Gebhardt A, Lanksch W, Bier J. Custom-made cast titanium implants produced with CAD/CAM for the reconstruction of cranium defects. Int J Oral Maxillofac Surg. 1998;27:334–8.CrossRefPubMed Heissler E, Fischer FS, Bolouri S, Lehmann T, Mathar W, Gebhardt A, Lanksch W, Bier J. Custom-made cast titanium implants produced with CAD/CAM for the reconstruction of cranium defects. Int J Oral Maxillofac Surg. 1998;27:334–8.CrossRefPubMed
2.
Zurück zum Zitat Winder J, Cooke RS, Gray J, Fannin T, Fegan T. Medical rapid prototyping and 3D CT in the manufacture of custom made cranial titanium plates. J Med Eng Technol. 1999;23:26–8.CrossRefPubMed Winder J, Cooke RS, Gray J, Fannin T, Fegan T. Medical rapid prototyping and 3D CT in the manufacture of custom made cranial titanium plates. J Med Eng Technol. 1999;23:26–8.CrossRefPubMed
3.
Zurück zum Zitat Igawa K, Mochizuki M, Sugimori O, Shimizu K, Yamazawa K, Kawaguchi H, Nakamura K, Takato T, Nishimura R, Suzuki S, Anzai M, Chung UI, Sasaki N. Tailor-made tricalcium phosphate bone implant directly fabricated by a three-dimensional ink-jet printer. J Artif Organs. 2006;9:234–40.CrossRefPubMed Igawa K, Mochizuki M, Sugimori O, Shimizu K, Yamazawa K, Kawaguchi H, Nakamura K, Takato T, Nishimura R, Suzuki S, Anzai M, Chung UI, Sasaki N. Tailor-made tricalcium phosphate bone implant directly fabricated by a three-dimensional ink-jet printer. J Artif Organs. 2006;9:234–40.CrossRefPubMed
4.
Zurück zum Zitat Choi SJ, Lee JI, Igawa K, Sugimori O, Suzuki S, Mochizuki M, Nishimura R, Chung UI, Sasaki N. Bone regeneration within a tailor-made tricalcium phosphate bone implant with both horizontal and vertical cylindrical holes transplanted into the skull of dogs. J Artif Organs. 2009;12:274–7.CrossRefPubMed Choi SJ, Lee JI, Igawa K, Sugimori O, Suzuki S, Mochizuki M, Nishimura R, Chung UI, Sasaki N. Bone regeneration within a tailor-made tricalcium phosphate bone implant with both horizontal and vertical cylindrical holes transplanted into the skull of dogs. J Artif Organs. 2009;12:274–7.CrossRefPubMed
5.
Zurück zum Zitat Murr LE, Quinones SA, Gaytan SM, Lopez MI, Rodela A, Martinez EY, Hernandez DH, Martinez E, Medina F, Wicker RB. Microstructure and mechanical behavior of Ti-6Al-4 V produced by rapid-layer manufacturing, for biomedical applications. J Mech Behav Biomed Mater. 2009;2:20–32.CrossRefPubMed Murr LE, Quinones SA, Gaytan SM, Lopez MI, Rodela A, Martinez EY, Hernandez DH, Martinez E, Medina F, Wicker RB. Microstructure and mechanical behavior of Ti-6Al-4 V produced by rapid-layer manufacturing, for biomedical applications. J Mech Behav Biomed Mater. 2009;2:20–32.CrossRefPubMed
6.
Zurück zum Zitat Ciocca L, Fantini M, De Crescenzio F, Corinaldesi G, Scotti R. Direct metal laser sintering (DMLS) of a customized titanium mesh for prosthetically guided bone regeneration of atrophic maxillary arches. Med Biol Eng Comput. 2011;49:1347–52.CrossRefPubMed Ciocca L, Fantini M, De Crescenzio F, Corinaldesi G, Scotti R. Direct metal laser sintering (DMLS) of a customized titanium mesh for prosthetically guided bone regeneration of atrophic maxillary arches. Med Biol Eng Comput. 2011;49:1347–52.CrossRefPubMed
7.
Zurück zum Zitat Wang G, Li J, Khadka A, Hsu Y, Li W, Hu J. CAD/CAM and rapid prototyped titanium for reconstruction of ramus defect and condylar fracture caused by mandibular reduction. Oral Surg Oral Med Oral Pathol Oral Radiol Endod. 2012;113:356–61.CrossRef Wang G, Li J, Khadka A, Hsu Y, Li W, Hu J. CAD/CAM and rapid prototyped titanium for reconstruction of ramus defect and condylar fracture caused by mandibular reduction. Oral Surg Oral Med Oral Pathol Oral Radiol Endod. 2012;113:356–61.CrossRef
8.
Zurück zum Zitat Glowacki J. Angiogenesis in fracture repair. Clin Orthop Relat Res. 1998;355:S82–9.CrossRef Glowacki J. Angiogenesis in fracture repair. Clin Orthop Relat Res. 1998;355:S82–9.CrossRef
10.
Zurück zum Zitat Street J, Bao M, deGuzman L, Bunting S, Peale FV, Ferrara N, Steinmetz H, Hoeffel J, Cleland JL, Daugherty A, van Bruggen N, Redmond HP, Carano RAD, Filvaroff EH. Vascular endothelial growth factor stimulates bone repair by promoting angiogenesis and bone turnover. Proc Natl Acad Sci USA. 2002;99:9656–61.CrossRefPubMedPubMedCentral Street J, Bao M, deGuzman L, Bunting S, Peale FV, Ferrara N, Steinmetz H, Hoeffel J, Cleland JL, Daugherty A, van Bruggen N, Redmond HP, Carano RAD, Filvaroff EH. Vascular endothelial growth factor stimulates bone repair by promoting angiogenesis and bone turnover. Proc Natl Acad Sci USA. 2002;99:9656–61.CrossRefPubMedPubMedCentral
11.
Zurück zum Zitat Wang L, Fan H, Zhang ZY, Lou AJ, Pei GX, Jiang S, Mu TW, Qin JJ, Chen SY, Jin D. Osteogenesis and angiogenesis of tissue-engineered bone constructed by prevascularized β-tricalcium phosphate scaffold and mesenchymal stem cells. Biomaterials. 2010;31:9452–61.CrossRefPubMed Wang L, Fan H, Zhang ZY, Lou AJ, Pei GX, Jiang S, Mu TW, Qin JJ, Chen SY, Jin D. Osteogenesis and angiogenesis of tissue-engineered bone constructed by prevascularized β-tricalcium phosphate scaffold and mesenchymal stem cells. Biomaterials. 2010;31:9452–61.CrossRefPubMed
12.
Zurück zum Zitat Stewart R, Goldstein J, Eberhardt A, Gabriel Chu GT-M, Gilbert S. Increasing vascularity to improve healing of a segmental defect of the rat femur. J Orthop Trauma. 2011;25:472–6.CrossRefPubMedPubMedCentral Stewart R, Goldstein J, Eberhardt A, Gabriel Chu GT-M, Gilbert S. Increasing vascularity to improve healing of a segmental defect of the rat femur. J Orthop Trauma. 2011;25:472–6.CrossRefPubMedPubMedCentral
13.
Zurück zum Zitat Honnami M, Choi S, Liu IL, Kamimura W, Taguchi T, Hojo H, Shimohata N, Ohba S, Koyama H, Nishimura R, Chung UI, Sasaki N, Mochizuki M. Repair of rabbit segmental femoral defects by using a combination of tetrapod-shaped calcium phosphate granules and basic fibroblast growth factor-binding ion complex gel. Biomaterials. 2013;34:9056–62.CrossRefPubMed Honnami M, Choi S, Liu IL, Kamimura W, Taguchi T, Hojo H, Shimohata N, Ohba S, Koyama H, Nishimura R, Chung UI, Sasaki N, Mochizuki M. Repair of rabbit segmental femoral defects by using a combination of tetrapod-shaped calcium phosphate granules and basic fibroblast growth factor-binding ion complex gel. Biomaterials. 2013;34:9056–62.CrossRefPubMed
14.
Zurück zum Zitat Honnami M, Choi S, Liu IL, Kamimura W, Taguchi T, Hojo H, Shimohata N, Ohba S, Koyama H, Nishimura R, Chung UI, Sasaki N, Mochizuki M. Bone regeneration by the combined use of tetrapod-shaped calcium phosphate granules with basic fibroblast growth factor-binding ion complex gel in canine segmental radial defects. J Vet Med Sci. 2014;76:955–61.CrossRefPubMedPubMedCentral Honnami M, Choi S, Liu IL, Kamimura W, Taguchi T, Hojo H, Shimohata N, Ohba S, Koyama H, Nishimura R, Chung UI, Sasaki N, Mochizuki M. Bone regeneration by the combined use of tetrapod-shaped calcium phosphate granules with basic fibroblast growth factor-binding ion complex gel in canine segmental radial defects. J Vet Med Sci. 2014;76:955–61.CrossRefPubMedPubMedCentral
15.
Zurück zum Zitat Choi S, Liu IL, Yamamoto K, Igawa K, Mochizuki M, Sakai T, Echigo R, Honnami M, Suzuki S, Chung UI, Sasaki N. Development and evaluation of tetrapod-shaped granular artificial bones. Acta Biomater. 2012;8:2340–7.CrossRefPubMed Choi S, Liu IL, Yamamoto K, Igawa K, Mochizuki M, Sakai T, Echigo R, Honnami M, Suzuki S, Chung UI, Sasaki N. Development and evaluation of tetrapod-shaped granular artificial bones. Acta Biomater. 2012;8:2340–7.CrossRefPubMed
16.
Zurück zum Zitat Saito H, Taguchi T, Aoki H, Murabayashi S, Mitamura Y, Tanaka J, Tateishi T. pH-responsive swelling behavior of collagen gels prepared by novel crosslinkers based on naturally derived di- or tricarboxylic acids. Acta Biomater. 2007;3:89–94.CrossRefPubMed Saito H, Taguchi T, Aoki H, Murabayashi S, Mitamura Y, Tanaka J, Tateishi T. pH-responsive swelling behavior of collagen gels prepared by novel crosslinkers based on naturally derived di- or tricarboxylic acids. Acta Biomater. 2007;3:89–94.CrossRefPubMed
17.
Zurück zum Zitat Saito H, Murabayashi S, Mitamura Y, Taguchi T. Unusual cell adhesion and antithrombogenic behavior of citric acid-cross-linked collagen matrices. Biomacromolecules. 2007;8:1992–8.CrossRefPubMed Saito H, Murabayashi S, Mitamura Y, Taguchi T. Unusual cell adhesion and antithrombogenic behavior of citric acid-cross-linked collagen matrices. Biomacromolecules. 2007;8:1992–8.CrossRefPubMed
18.
Zurück zum Zitat Takayama T, Taguchi T, Koyama H, Sakari M, Kamimura W, Takato T, Miyata T, Nagawa H. The growth of a vascular network inside a collagen-citric acid derivative hydrogel in rats. Biomaterials. 2009;30:3580–7.CrossRefPubMed Takayama T, Taguchi T, Koyama H, Sakari M, Kamimura W, Takato T, Miyata T, Nagawa H. The growth of a vascular network inside a collagen-citric acid derivative hydrogel in rats. Biomaterials. 2009;30:3580–7.CrossRefPubMed
19.
Zurück zum Zitat Horner EA, Kirkham J, Wood D, Curran S, Smith M, Thomson B, Yang XB. Long bone defect models for tissue engineering applications: criteria for choice. Tissue Enq Part B Rev. 2010;16:263–71.CrossRef Horner EA, Kirkham J, Wood D, Curran S, Smith M, Thomson B, Yang XB. Long bone defect models for tissue engineering applications: criteria for choice. Tissue Enq Part B Rev. 2010;16:263–71.CrossRef
20.
Zurück zum Zitat Cobos JA, Lindsey RW, Gugala Z. The cylindrical titanium mesh cage for treatment of a long bone segmental defect: description of a new technique and report of two cases. J Orthop Trauma. 2000;14:54–9.CrossRefPubMed Cobos JA, Lindsey RW, Gugala Z. The cylindrical titanium mesh cage for treatment of a long bone segmental defect: description of a new technique and report of two cases. J Orthop Trauma. 2000;14:54–9.CrossRefPubMed
21.
Zurück zum Zitat Ostermann PA, Haase N, Rubberdt A, Wich M, Ekkernkamp A. Management of a long segmental defect at the proximal meta-diaphyseal junction of the tibia using a cylindrical titanium mesh cage. J Orthop Trauma. 2002;16:597–601.CrossRefPubMed Ostermann PA, Haase N, Rubberdt A, Wich M, Ekkernkamp A. Management of a long segmental defect at the proximal meta-diaphyseal junction of the tibia using a cylindrical titanium mesh cage. J Orthop Trauma. 2002;16:597–601.CrossRefPubMed
22.
Zurück zum Zitat Attias N, Lehman RE, Bodell LS, Lindsey RW. Surgical management of a long segmental defect of the humerus using a cylindrical titanium mesh cage and plates: a case report. J Orthop Trauma. 2005;19:211–6.CrossRefPubMed Attias N, Lehman RE, Bodell LS, Lindsey RW. Surgical management of a long segmental defect of the humerus using a cylindrical titanium mesh cage and plates: a case report. J Orthop Trauma. 2005;19:211–6.CrossRefPubMed
23.
Zurück zum Zitat Clements JR, Carpenter BB, Pourciau JK. Treating segmental bone defects: a new technique. J Foot Ankle Surg. 2008;47:350–6.CrossRefPubMed Clements JR, Carpenter BB, Pourciau JK. Treating segmental bone defects: a new technique. J Foot Ankle Surg. 2008;47:350–6.CrossRefPubMed
24.
Zurück zum Zitat Segal U, Shani J. Surgical management of large segmental femoral and radial bone defects in a dog: through use of a cylindrical titanium mesh cage and a cancellous bone graft. Vet Comp Orthop Traumatol. 2010;23:66–70.PubMed Segal U, Shani J. Surgical management of large segmental femoral and radial bone defects in a dog: through use of a cylindrical titanium mesh cage and a cancellous bone graft. Vet Comp Orthop Traumatol. 2010;23:66–70.PubMed
25.
Zurück zum Zitat Lindsey RW, Gugala Z, Milne E, Sun M, Gannon FH, Latta LL. The efficacy of cylindrical titanium mesh cage for the reconstruction of a critical-size canine segmental femoral diaphyseal defect. J Orthop Res. 2006;24:1438–53.CrossRefPubMed Lindsey RW, Gugala Z, Milne E, Sun M, Gannon FH, Latta LL. The efficacy of cylindrical titanium mesh cage for the reconstruction of a critical-size canine segmental femoral diaphyseal defect. J Orthop Res. 2006;24:1438–53.CrossRefPubMed
26.
Zurück zum Zitat Panchbhavi VK, Trevino SG. Use of titanium cages with cancellous bone graft in hind foot fusion: literature review and case reports with complications. Foot Ankle Surg. 2003;9:51–5.CrossRef Panchbhavi VK, Trevino SG. Use of titanium cages with cancellous bone graft in hind foot fusion: literature review and case reports with complications. Foot Ankle Surg. 2003;9:51–5.CrossRef
27.
Zurück zum Zitat Carlsson Å. Unsuccessful use of a titanium mesh cage in ankle arthrodesis: a report on three cases operated on due to a failed ankle replacement. J Foot Ankle Surg. 2008;47:337–42.CrossRefPubMed Carlsson Å. Unsuccessful use of a titanium mesh cage in ankle arthrodesis: a report on three cases operated on due to a failed ankle replacement. J Foot Ankle Surg. 2008;47:337–42.CrossRefPubMed
Metadaten
Titel
Repair of segmental radial defects in dogs using tailor-made titanium mesh cages with plates combined with calcium phosphate granules and basic fibroblast growth factor-binding ion complex gel
verfasst von
Muneki Honnami
Sungjin Choi
I-li Liu
Wataru Kamimura
Tetsushi Taguchi
Makoto Ichimura
Yukinori Urushisaki
Hironori Hojo
Nobuyuki Shimohata
Shinsuke Ohba
Koichi Amaya
Hiroyuki Koyama
Ryohei Nishimura
Ung-il Chung
Nobuo Sasaki
Manabu Mochizuki
Publikationsdatum
02.08.2016
Verlag
Springer Japan
Erschienen in
Journal of Artificial Organs / Ausgabe 1/2017
Print ISSN: 1434-7229
Elektronische ISSN: 1619-0904
DOI
https://doi.org/10.1007/s10047-016-0918-5

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