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The Masquelet technique is used to treat large bone defects; it is a two-stage procedure based on an induced membrane. To improve the induced membrane process, demineralized bone matrix in granular (GDBM) and fibrous form (f-DBM) was tested with and without bone marrow mononuclear cells (BMC) as filling of the membrane against the gold standard filling with syngeneic cancellous bone (SCB). A total of 65 male Sprague–Dawley rats obtained a 5 mm femoral defect. These defects were treated with the induced membrane technique and filled with SCB, GDBM, or f-DBM, with or without BMC. After a healing period of eight weeks, the femurs were harvested and submitted for histological, radiological, and biomechanical analyses. The fracture load in the defect zone was lower compared to SCB in all groups. However, histological analysis showed comparable new bone formation, bone mineral density, and cartilage proportions and vascularization. The results suggest that f-DBM in combination with BMC and the induced membrane technique cannot reproduce the very good results of this material in large, non-membrane coated bone defects, nevertheless it supports the maturation of new bone tissue locally. It can be concluded that BMC should be applied in lower doses and inflammatory cells should be removed from the cell preparation before implantation.
Aims: Understanding the orientation of fracture lines and mechanisms is the essential key to sufficient surgical therapy, but there is still a lack of visualization and teaching methods in traumatology and fracture theory. 3D-printed models offer easy approach to those fractures. This paper explains the use of the teaching possibility with 3-dimensional models of transitional fractures of the ankle.
Methods and results: For generating 3D printable models, already obtained CT data were used and segmented into its different tissues, especially parts concerning the fracture. After the segmentation process, the models were produced with FFF (fused filament fabrication) printing technology. The fracture models then were used for hands-on teaching courses in AO course (Arbeitsgemeinschaft für Osteosynthesefragen) of pediatric traumatology in 2020 in Frankfurt. In the course fracture anatomy with typical fracture lines, approaches, and screw placement could be shown, discussed and practiced.
Conclusion: The study shows the use of 3D-printed teaching models and helps to understand complicated fractures, in this case, transitional fractures of the ankle. The teaching method can be adapted to numerous other use cases.
Meeting abstract : Deutscher Kongress für Orthopädie und Unfallchirurgie (DKOU 2012), 23.10.-26.10.2012, Berlin.
Fragestellung: Die Behandlung langstreckiger Knochendefekte ist eine große Herausforderung. Die Masquelet-Technik zur Behandlung solcher Defekte ist eine zweizeitige Operationstechnik. Zuerst erfolgt die Insertion eines PMMA (Polymethylmethacrylat)-Zementspacers in den Knochendefekt, der die Bildung einer Membran induziert. Diese Membran enthält Wachstumsfaktoren und regenerative Zellen, die möglicherweise die Knochenheilung unterstützen. Nach einigen Wochen wird der Zementspacer entfernt und der induzierte Membranschlauch mit Beckenkammspongiosa aufgefüllt. Im weiteren Verlauf kommt es zu einer kompletten Knochenheilung. Ziele dieser Untersuchung waren die Etablierung der Masquelettechnik am Rattenmodell und die Definition eines Zeitpunkts, an welchem die Membran eine ausreichende Festigkeit sowie einen signifikanten Gehalt von Vorläuferzellen aufweist.
Methodik: Nach Genehmigung der Experimente wurden die Femura von 24 männlichen SD-Ratten osteotomiert. Die Lücke (10 mm) wurde mit PMMA-Zement aufgefüllt und mittels Miniplatte stabilisiert. Parallel wurden den Versuchstieren gleich große PMMA-Spacer subcutan unter die Rückenhaut implantiert. Nach 2, 4, bzw. 6 Wochen (W) erfolgte die Entnahme der Membranen. Ein Teil der Membran wurde für (immun)histologische Untersuchungen aufbereitet (CD34, vWF, van Giesson), ein Teil für die in vitro Kultur. Auswachsende Vorläuferzellen in vitro wurden über CD34 und STRO-1-Färbung nachgewiesen. Statistik: Mediane, Kruskal-Wallis-Test, p<0,05 ist signifikant.
Ergebnisse und Schlussfolgerungen: Im zeitlichen Verlauf nahmen die Vaskularisierung (vWF-positive Fläche [%]: 2 W: 1,8; 4 W:1.6 vs 6 W: 6,4), die Dicke der Membran ([µm]: 2 W: 350 vs 4W: 517, 6 W: 592) und der Bindegewebsanteil ([µm]: 2W: 201 vs 4W: 324, 6W: 404) signifikant zu. Der Hauptanteil elastischer Fasern war auf der dem Zement zugewandten Seite, Vaskularisierung war eher auf der Weichteil zugewandten Seite zu finden. Der Anteil CD34 positiver Zellen nahm signifikant ab (2W: 5%, 4 W: 4% vs 6 W: 1%). Auswachsende STRO-1 positive Zellen konnten nur in zweiwöchigen Membranen nachgewiesen werden. Ältere Membranen wiesen einen zunehmenden Anteil seneszenter Zellen auf. Subcutan induzierte Membranen waren vergleichbar, wiesen jedoch tendentiell eine geringere Dicke und keine STRO-1 positiven Zellen auf.
Mit dieser Studie wurde erstmalig die Induktion einer Membran nach Masquelet im Rattenmodell etabliert. Es konnte nachgewiesen werden, dass der strukturelle Aufbau sowie die zellulären Komponenten zeitlichen Änderungen unterliegen und der Ort der Induktion Einfluss auf die zellulären Komponenten der Membran hat. Junge Membranen (2W) enthielten CD34 und STRO-1 positive Zellen. 4W-Membranen enthielten nur CD34 positive Zellen wiesen aber einen signifikanten Bindegewebsanteil auf, der für eine erhöhte mechanische Stabilität spricht. Ob 2 bzw. 4 Wochen alte Membranen den Knochenheilungsprozess fördern, muss in weiterführenden Studien untersucht werden.