Osteogenesis using dynamic and static periosteal elevation

Hintergrund: Die Transplantation autogenen Knochens ist der Goldstandard zur Therapie knöcherner Defekte. Das Verfahren der Periostelevation ist ein neuer Ansatz zur Induktion von Knochenneubildung. Hierbei werden die mechanisch induzierte Differenzierung periostaler Stammzellen zu Osteoblasten sowie Prinzipien der gesteuerten Knochenregeneration als zugrunde liegende Mechanismen angesehen. Material und Methoden: In dieser tierexperimentellen Untersuchung wurde eine neuartige Apparatur zur Periostelevation auf ihre Eignung untersucht. Hierbei wurde subperiostal ein individuell formbares Titanmesh implantiert, welches mittels Elevationsspindeln angehoben werden kann. Die Periostelevation wurde bis zu einer maximalen Höhe von 15 mm durchgeführt. Weiterhin wurde die dynamische Periostelevation im Vergleich zur statischen ad-hoc-Elevation des Periostes bis zur definierten Zielhöhe untersucht. Hierzu wurden am Os frontale von neun Hausschweinen gleichzeitig die dynamische und statische Periostelevation sowie als Vergleichsgruppe eine autogene Knochentransplantation durchgeführt (drei Techniken). Das Periost wurde bis zu einer Zielhöhe von 5, 10 und 15 mm angehoben. Im Rahmen der dynamischen Periostelevation erfolgte die tägliche Elevation um jeweils 1 mm. Die Tiere wurden zu drei unterschiedlichen Zeitpunkten (14, 28, 42 Tage nach Abschluß der Periostelevation, drei Versuchsgruppen) euthanisiert. Die unentkalkten Knochenproben wurden nach dem Trenn-Dünnschliffverfahren aufbereitet. Die Knochenneubildung wurde qualitativ mittels Lichtmikroskopie sowie quantitativ-histomorphometrisch anhand von Mikroradiographien untersucht. Ergebnisse: Beide untersuchten Verfahren führten zu einer Knochenneubildung in dem subperiostal geschaffenen Hohlraum. Hierbei kam es innerhalb der Beobachtungszeiträume zu einer zunehmenden Knochenneubildung bis zu 95% des geschaffenen Volumens. Bemerkenswert ist, dass selbst bei großen Eleva-tionshöhen von 10 und 15 mm am Ende der Beobachtungszeit eine knöcherne Regeneration von bis zu 80% des subperiostalen Raumes zu beobachten war. Der neu gebildete Knochen wies im Vergleich zum ortsständigen Knochen sowie dem autogenen Knochentransplantat eine nahezu gleichwertige Mineralisationsdichte von 50-60% auf. In beiden Untersuchungsgruppen zeigte die histologische und mikroradiographische Untersuchung nach sechswöchiger Konsolidierung neu gebildeten Faserknochen mit physiologischer Spongiosaarchitektur. Demgegenüber zeigten die autogenen Knochentransplantate zum Ende der Beobachtungszeit ausgedehnte Resorptionen mit konsekutivem Volumenverlust. Schlussfolgerung: In der augmentativ-rekonstruktiven Chirurgie könnte das Verfahren der Periost-elevation eine mögliche Alternative zum aktuellen Goldstandard, dem autogenen Knochentransplantat, darstellen.Transplantation of autogenous bone is considered as the method of choice in the therapy of bony defects. Periosteal elevation is a new approach to the induction of osteogenesis. Mechanical induced differentiation of periosteal stem cells into osteoblasts as well as aspects of guided bone regeneration are discussed as underlying mechanisms. Material and Methods: In this experimental study a new technique for periosteal elevation has been tested. A specially designed titanium mesh fitted with threads to carry distraction screws was placed subperiosteally and fixed in the underlying bone. Periosteal elevation has been performed to a maximal distance of 15 mm. The trial was carried out in the frontal bone of 9 domestic pigs. The dynamic elevation has simultaneously and intraindividually been compared to the static elevation as well as autogenous bone transplantation. The elevation distances were 5, 10, and 15 mm, respectively. During dynamic elevation the mesh was elevated by 1 mm per day until the desired distance was reached. Each Group consisted of three animals. The follow up periods were 14, 28 and 42 days. After sacrifi-cing the animals, the frontal bone was taken out and processed by the saw-and-grinding technique. Microradiological and histological analysis has been performed on each specimen. Results: Both techniques led to sufficient osteogenesis underneath the mesh. The amount of newly formed bone was dependant on the technique applied, the elevation height and the consolidation period, it reached up to 95 % of the subperiosteal space in both groups. It is remarkable, that even elevation up to 10 and 15 mm led to ossification up to 80 % of the created space. The mineralization rate of the newly formed bone was comparable to that of the local tabular bone. In both groups, the histomorphological architecture of the newly formed bone resembled to the structure of the mature underlying bone towards the end of the consolidation period. The conventionally augmented blocks displayed resorption resulting in reduction of the total volume. Conclusion: Taken altogether, periosteal elevation seems to be useful as an alternative to conventional augmentation by means of autogenous bony transplants in the field of reconstructive bone surgery