Please use this identifier to cite or link to this item: http://dx.doi.org/10.14279/depositonce-3217
Main Title: Biomechanische Untersuchungen an humanen allogenen Sehnentransplantaten nach Elektronenstrahl- und Gammabestrahlung
Translated Title: Biomechanical studies on human allergenic Tendon transplants after electron beam andgamma irradiation
Author(s): Keshlaf, Salahedeen
Advisor(s): Lauster, Roland
Granting Institution: Technische Universität Berlin, Fakultät III - Prozesswissenschaften
Type: Doctoral Thesis
Language: German
Language Code: de
Abstract: Für die Transplantation von allogenem Gewebe als VKB–Ersatz wird in Deutschland eine sichere Keiminaktivierung verlangt, um Graft-versus-Host-Infektionen zu verhindern. Insbesondere um klinisch relevante Viren sicher zu inaktivieren, sind Bestrahlungsdosen von mehr als 30 kGy erforderlich. Diese führen jedoch zu irreversiblen Schädigungen der allogenen Sehnentransplantate. Das Ziel der vorliegenden in vitro und in vivo Untersuchungen bestand daher darin, dosisabhängige Einflüsse der E-Beam- und Gamma Sterilisation auf die Biomechanik von allogenen und autologen Sehnen zu überprüfen. Erstmals wurde dabei eine fraktionierte E-Beam-Sterilisation untersucht, bei der die erforderliche minimale Dosis von 34 kGy in 10 Bestrahlungszyklen zu je 3,4 kGy appliziert wurde. Das Studiendesign für 4 in vitro Untersuchungen waren kontrollierte, randomisierte Laborstudien, in denen bestrahlte und unbestrahlte, tiefgefrorene BPTB-Präparate mit einer Breite von 10 mm nach 10 Tagen Konservierung ( -70 oC ; CO2) zyklischen Dehnungstests unterzogen wurden. Anschließend wurden die biomechanischen Eigenschaften getestet, wobei Steifigkeit, maximale Versagenskraft, Dehnung L1–L200, Dehnungsunterschiede und Zyklische Elongation analysiert wurden. Die Gruppenzuteilung von insgesamt 142 BPTBPräparaten erfolgte in 4 Testreihen nach einem computergestützten Randomschema: • E-Beam-Bestrahlung von 0 ,15 ,25 und 34 kGy an je 8 Präparaten, • E-Beam-Bestrahlung von 0, 15, 25 und Gamma Bestrahlung mit 25 kGy an je 10 Präparaten, • Unbestrahlte und 34 kGy E-Beam- und Gammabestrahlungan je 10 Präparaten, • Unbestrahlte, 34 kGy Einzeldosis E-Beam- und Gammabestrahlungund 34 kGy EBeam- Bestrahlung fraktioniert (10 x 3,4 kGy) an je 10 Präparaten. Die in vitro Untersuchungen an humanen BPTB–Transplantate zeigten in Übereinstimmung mit der Literatur signifikant schlechtere biomechanische Parameter bei einer Standard EBeam-Bestrahlung mit 34 kGy sowie einer Gammabestrahlung mit 25 und 34 kGy im Vergleich zu nicht bestrahlten Sehnenpräparaten. Im Gegensatz dazu war die Biomechanik der fraktioniert mit 34 kGy E-Beam bestrahlten BPTB–Transplantate weitestgehend identisch mit den unbestrahlten Vergleichskontrollen. Eine mögliche Erklärung kann die im fraktionierten Prozess erzeugte geringere Radikaldichte sein. Die Ergebnisse der in vitro Untersuchungen an mit 34 kGy Einzeldosis E-Beam bestrahlten BPTB–Transplantate konnten durch in vivo Untersuchungen an implantierten Sehnen des M. flexor digitorum superficialis in 24 Merinomix – Schafen bestätigt werden. 6 Wochen und 3 Monate postoperativ wiesen die bestrahlten Ersatzplastiken des VKB signifikant schlechtere biomechanische Eigenschaften gegenüber nicht bestrahlten Sehnen auf. Zusammenfassend kann festgestellt werden, dass die Standard E-Beam Bestrahlung von BPTB–Transplantate mit 15 bzw. 25 kGy zu geringeren Beeinträchtigungen des Sehnengewebes als die herkömmliche Gammabestrahlung führt. Für die in Deutschland empfohlene Bestrahlungsdosis von ≥ 30 kGy sind nach den Ergebnissen der Literatur und der hier vorgelegten Untersuchungsergebnisse weder die Standard E-Beam- noch die Gammabestrahlung einsetzbar. Dahingegen zeigten die fraktioniert mit 10 x 3,4 kGy bestrahlten Transplantate keine signifikante Beeinträchtigung der biomechanischen Parameter in vitro. In vivo Untersuchungen müssen zeigen, wie sich das Remodeling und die biomechanischen Eigenschaften fraktioniert bestrahlter Sehnen darstellt und ob sich die positiven in vitro Ergebnisse bestätigen lassen. Daraus könnte sich ein Anstieg in der Bereitstellung mikrobiologisch sicherer und klinisch akzeptabler allogener BPTBTransplantate ergeben und die klinische Versorgung von Patienten mit multiplen Bandverletzungen und Revisionseingriffen verbessert werden.
In Germany, for the transplantation of allogenic tissue as a VKB substitute, a reliable microbiological deactivation is required to prevent graft-versus-host-infections. In particular for the inactivation of clinically relevant viruses, irradiation doses of more than 30 kGy are necessary. Nevertheless, these lead to irreversible impairments of allogenic tendon grafts. Hence, the aim of the present in vitro and in vivo studies was to examine dose-dependent influences of the E-beam and gamma sterilisation on the biomechanics of allogenic and autologous soft tissues. For the first time, a fractionated E-Beam-sterilization was examined, for which the necessary minimum dose of 34 kGy was applied in 10 irradiation cycles of 3.4 kGy each. The study design of four in vitro examinations entailed controlled randomised laboratory studies, in which irradiated and unirradiated, deep-frozen BPTB preparations having a width of 10 mm after 10 days of preservation (-70° C, CO2) were submitted to cyclic distension tests. Afterwards, the biomechanical properties were tested, and stiffness, maximum failure strength, L1-L200 distension, distension differences and creep behaviour were analysed. The group allocation of a total of 142 BPTB preparations took place in four test series after a computer-aided random scheme: • E-beam irradiation of 0, 15, 25 and 34 kGy in 8 preparations, • E-beam irradiation of 0, 15, 25 and gamma irradiation with 25 kGy in 10 preparations, • Unirradiated and 34 kGy E-beam and gamma irradiation in 10 preparations, • Unirradiated, 34 kGy single dose E-beam and gamma irradiation and 34 kGy E-beam irradiation fractionates (10 x 3.4 kGy) in 10 preparations. In vitro examinations in human BPTB grafts showed – in accordance with the literature – significantly reduced biomechanical parameters with a standard significant E-beam irradiation using 34 kGy as well as a gamma irradiation with 25 and 34 kGy in comparison to unirradiated tendon preparations. In contrast, the biomechanics of the BTB transplants fractionated with 34 kGy E-beam irradiation were basically identical with the unirradiated comparative controls. A possible explanation might be the lower radical density generated in the fractionated process.The results of the in vitro examinations of BPTB grafts irradiated with a 34 kGy single dose E-beam could be confirmed by in vivo examinations in implanted tendons of the M. flexor digitorum superficialis in 24 Merinomix-sheep. Six weeks and 3 months postal-surgically, the irradiated tendon transplants of the VKB exhibited significantly reduced biomechanical properties than those of the unirradiated tendons. To summarize, it can be ascertained that the standard E-beam irradiation of BPTB grafts with 15 or 25 kGy leads to lower interferences of the sinew tissue than the standard gamma irradiation does. For the irradiation dose of ≥ 30 kGy recommended in Germany, in view of the data in the literature and the examination results presented here, neither the standard E-beam nor the gamma irradiations are applicable. On the other hand the transplants irradiated with 10 x 3.4 kGy fractions showed no significant interference of the biomechanical parameters in vitro. In vivo examinations must show how the remodelling and the biomechanical properties of fractionated irradiated tendons are presented, and whether these can indeed be confirmed by positive in vitro results. From this, an increase in microbiologically safer and clinically more efficient allogenic BPTB grafts could arise, and the clinical care of patients with multiple ligament injuries and revision interventions could be improved.
URI: urn:nbn:de:kobv:83-opus-35451
http://depositonce.tu-berlin.de/handle/11303/3514
http://dx.doi.org/10.14279/depositonce-3217
Exam Date: 19-Jan-2012
Issue Date: 24-May-2012
Date Available: 24-May-2012
DDC Class: 570 Biowissenschaften; Biologie
Subject(s): Biomechanische Untersuchung an Sehnentransplantaten
Elektronenstrahlung
Biomechanical studies on human allergenic tendon transplants
E-beam
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