ポリメチルメタクリレートセメントの代替としての強靭で注射可能な繊維強化リン酸カルシウムセメント：バイオメカニクス研究

Tough and injectable fiber reinforced calcium phosphate cement as an alternative to polymethylmethacrylate cement for vertebral augmentation: a biomechanical study.

• Sónia de Lacerda Schickert
• João Castro Pinto
• John Jansen
• Sander C G Leeuwenburgh
• Jeroen J J P van den Beucken

抄録

椎体圧迫骨折（VCF）は高齢者の間では非常に一般的な問題であり、最終的には激しい痛みと生活の質の大幅な低下をもたらします。椎体圧迫骨折の効果的な治療法は、椎骨形成術および／または前頭形成術による損傷した椎体の低侵襲な増大術である。これらの手術法は、ポリメタクリル酸メチルセメント（PMMA）を椎体に注入することにより、損傷を受けた椎体を治療するものである。しかし、PMMAセメントの臨床使用には大きな欠点がある。リン酸カルシウムセメント（CPC）のようなバイオセラミックセメントは、PMMAセメントよりも優れた骨適合性を示すが、耐荷重用途には脆すぎるという欠点がある。ここでは、最近開発されたポリビニルアルコール（PVA）繊維とカルボキシメチルセルロース（CMC）を配合したCPCの取り扱い性と機械的特性を、PMMAセメントの代替として椎骨・前頭骨形成術用に評価した。その結果、CMCを添加することで、繊維強化CPCの機械的特性に悪影響を与えることなく、繊維強化CPCの注入が可能になることが示された。さらに、生体外での力学的解析の結果、CMCを添加したPVA繊維強化CPCは、PMMAセメントと比較して海綿骨への滲出が制限されていることが明らかになった。最後に、CMCとPVA繊維で処理した椎体の生体力学的性能は、PMMAで処理した椎体と同程度であることを確認した。これらのデータは、CMCを用いたPVA繊維強化CPCが、椎骨および前頭骨形成術に適したハンドリング性、機械的特性、構造的特性を有していることを示唆している。これらのデータは、CMCを用いたPVA繊維強化CPCを用いた椎体圧迫骨折の治療の実現可能性に関する将来の前臨床研究への道を開くものである。

Vertebral compression fractures (VCFs) are a very common problem among the elderly, which ultimately result in severe pain and a drastically reduced quality of life. An effective treatment for VCFs is the minimally invasive augmentation of the damaged vertebrae through vertebroplasty and/or kyphoplasty. These surgical procedures treat the affected vertebrae by injection of poly(methyl methacrylate) cement (PMMA) into the vertebral body. However, clinical use of PMMA cement is associated with major drawbacks. Bioceramic cements such as injectable calcium phosphate cements (CPC) exhibit a superior osteocompatibility over PMMA cements, but are too brittle for load-bearing applications. Here, we evaluated the handling and mechanical properties of a recently developed CPC formulation containing both poly(vinyl alcohol) (PVA) fibers and carboxymethyl cellulose (CMC) as an alternative to PMMA cement for vertebro- and kyphoplasty. Our results demonstrate that the addition of CMC rendered fiber-reinforced CPC injectable without negatively affecting its mechanical properties. Further, an ex vivo mechanical analysis clearly showed that extravasation of PVA fiber-reinforced CPC with CMC into trabecular bone was limited as compared to PMMA. Finally, we observed that the ex vivo biomechanical performance of vertebrae treated with CMC and PVA fibers was similar to PMMA-treated vertebrae. The obtained data suggests that PVA fiber-reinforced CPCs with CMC possesses adequate handling, mechanical and structural characteristics for vertebro- and kyphoplasty procedures. These data pave the way for future preclinical studies on the feasibility of treating vertebral compression fractures using PVA fiber-reinforced CPC with CMC.