Innovation in der Behandlung von Halsfrakturen: Wie 3D-gedruckte Metallimplantate verletzten Rennpferden helfen
Erfolgreiche Zusammenarbeit zwischen der renommierten internationalen Clinique de Grosbois und dem französischen Dienstleister 3D Medical treibt positive Behandlungsergebnisse in der Pferdemedizin voran
Hals- und Wirbelfrakturen durch Stürze bei hoher Geschwindigkeit zählen zu den häufigsten Verletzungen bei Rennpferden. Jedes Jahr finden viele verletzte Rennpferde den Weg zum Stadtrand von Paris, um dort von Dr. Fabrice Rossignol, einem innovativen Fachtierarzt und Pferdechirurg, und dessen Team in der weltberühmten Klinik Grosbois behandelt zu werden.
Pferdehalsfrakturenkönnen mit einer Kombination aus konventionell gefertigten Kompressionsschrauben, dorsaler Laminektomie oder ventralen Wirbelfusionen mit ‚Körbchen‘ oder verschraubten, zylindrischen Zervikalkäfigen (Cages) erfolgreich stabilisiert werden. Auch zervikale Arthrodesen – die Fusion von einem oder zwei Gelenkknochen – können bei Pferden mit Halsfrakturen (oder Wirbelverschiebungen), Instabilität oder Fehlstellungen durchgeführt werden. Konventionell werden bei diesen Eingriffen ‚Locking Compression Plate‘ (LCP) Implantate eingesetzt.
Allerdings sind Operationen wie Arthrodesen bei Pferden bisher recht selten, da sie bei schweren Verletzungen häufig zu keinem Erfolg führen. In der Tat wurden Pferde mit Halsfrakturen noch bis vor etwa 10 Jahren eingeschläfert, manchmal innerhalb weniger Stunden, da es vor allem bei einem offenen Bruch schwierig ist, das Tier zu rehabilitieren.
Rennpferde können nicht monatelang liegen, und es ist nahezu unmöglich, sie für längere Zeit ruhig zu stellen. Hinzu kommt, dass die Operation und die nachfolgende Rekonvaleszenz oft mit sehr hohen Kosten verbunden sind, was sich leider auf die Entscheidung einiger Pferdebesitzer auswirkt.
3D-Metalldruck-Expertise vor der Haustür
Angesichts einiger technischer Einschränkungen beim Einsatz konventionell gefertigter Implantate begann Fabrice Rossignol gemeinsam mit seinen Kollegen Martin Genton, einem Chirurg der Klinik, und Ariane Campos Schweizer, einer Assistenzärztin im dritten Jahr, bereits im Jahr 2017, das Potenzial des 3D-Metalldrucks (oft als additive Fertigung bezeichnet) in der Pferdemedizin und speziell in Fällen von Halsfrakturen zu untersuchen.
Im Rahmen dieser Arbeit hielt Rossignol auch Ausschau nach möglichen Partnern mit Erfahrung im Metalldruck, um seine Ideen und Vorstellungen umzusetzen. Zufällig musste er nicht weit suchen, denn Vincent Nuttens, CEO von 3D Medical (einem von Frankreichs führenden Dienstleistern im Bereich der additiven Metallfertigung) und sein Team – einschließlich Kevin Giffoni, dem Designer der additiven Lösung - haben ihren Standort keine zwei Kilometer entfernt in der Nachbarstadt Marolles-en-Brie.
„Trotz meiner sehr speziellen Anfrage in einem sehr besonderen Bereich zögerten Vincent und sein Team nicht, uns für die Versuchsphase ihre Unterstützung zuzusagen“, erzählt Rossignol. „Sie investierten in Forschung und schließlich in die Entwicklung der endgültigen additiven Lösung, wie sie heute besteht. Vincent ist wie ich ein begeisterter Innovator mit langfristigem Stehvermögen.“
„Nachdem ich mit Fabrice gesprochen und erfahren hatte, dass es an einer zufriedenstellenden Lösung für die verletzten Pferde mangelte, wusste ich, dass wir mit additiver Fertigung einen gangbaren Weg finden würden“, fügt Nuttens hinzu. „Am Ende hatten wir drei neuartige Prothesen, die den Heilungsprozess verbessern und hoffentlich für möglichst viele Tiere zu einem positiven Behandlungsergebnis führen werden.“
Additive Metallfertigung unterstützt Pferdechirurgie
Während des Eingriffs wird das Pferd anästhesiert und in einer chirurgischen Hängematte immobilisiert. Der Bruch wird mit einer 3D-gdruckten Platte und 3D-gedruckten Spongiosaschrauben stabilisiert, um die Wirbel zu überbrücken. Je nach Sachlage (und abhängig von den betroffenen Wirbeln), wird imventralen Bandscheibenbereich ein kleiner 3D-gedruckter Titancage eingesetzt. Manchmal wird eine Kombination aus Spongiosa- oder Kortikal- und Verriegelungsschrauben verwendet, um die Kompression des gebrochenen Fragments zu ermöglichen.
Der Vorteil dieser Montageweise liegt darin, dass ein 3D-gedruckter Bandscheibenspacer aus Titan mit seiner Kompressionskraft den Abstand zwischen den Wirbeln aufrechterhält. So wird verhindert, dass die Bandscheibe in den Markkanal ragt und der kaudale Wirbel sich ventral verschiebt.
Die Form der Platte ermöglicht die Platzierung der drei Schrauben in jedem Wirbel. Implantate aus Titanlegierungen zeigen außerdem eine bessere Osseointegration als Stahlimplantate. Im Gegensatz zu der herkömmlichen spanenden Bearbeitung gestattet der 3D-Metalldruck die Fertigung poröser Strukturen, die das Knochenwachstum durch den Cage hindurch und die Fixierung des Knochens am Cage erleichtern.
Die verwendeten Schrauben schließlich sind selbstschneidend und teilweise selbstbohrend, was (nahe des Markkanals) eine maximale Verankerung zulässt, während es die Gefahr der Perforation beim Bohren und Schneiden reduziert. Nach Rossignols Erfahrung lässt sich dieses Risiko mit einer Redondrainage begrenzen. Es kann zwar zum Lösen oder Herausziehen der Schrauben kommen, doch das liegt dann eher an technischen Fehlern oder an mangelhaftem Kontakt der Platte zur Knochenoberfläche.
„Die drei Kernmerkmale und Vorteile des 3D-Metallimplantats sind der präzise maßgeschneiderte 3D-Druck und die Widerstandsfähigkeit gegen Kraft und Gewicht (ein Pferd wiegt erheblich mehr als ein Mensch) sowie die postoperative Mobilität des Tieres“, erläutert Rossignol.
Der Eingriff wird unter Röntgen- oder Durchleuchtungskontrolle durchgeführt, und bisher sind nur wenige Komplikationen aufgetreten. In den meisten Fällen handelte es sich dabei um die Bildung von Seromen oder das Lösen von Schrauben. Serome sprechen im Allgemeinen sehr gut auf konservative Behandlung an.
Eine derartige Methode der zervikalen Arthrodese kann im Fall eines Traumas angewandt werden, ist aber auch bei Fehlstellungen sinnvoll.
Ruhe und Erholung
In der postoperativen Periode verbringen die Pferde einen Monat im Stall. Dann werden sie langsam durch ein geführtes Gehtraining und auf der Koppel rehabilitiert, bis sie zwischen dem fünften und achten Monat nach einer klinischen und radiografischen Überprüfung allmählich wieder an ihre normale Aktivität gewöhnt werden.
Knowhow-Transfer und Skalierung von Geschäftsmodellen
„Der 3D-Metalldruck kommt unserem erfinderischen Gespür entgegen und bringt sehr ermutigende Langzeitprognosen für unsere vierbeinigen Gefährten mit sich“, unterstreicht Nuttens. „Das hat uns einen neuen Markt eröffnet. So verkaufen wir diese Komponenten jetzt auch in der Schweiz, in den USA und in Australien.“
3D Medical bleibt aber im Wesentlichen auf den Osseointegrationsmarkt für Menschen fokussiert. Am Anfang des Geschäfts stand die Fertigung orthopädischer Implantate für einen internationalen Kundenstamm. Heute stellt das Unternehmen jeden Monat Tausende Implantate her.
„Wir haben auch eine Partnerschaft mit dem Krankenhaus Pitié-Salpêtrière in Paris. Unsere Stärke ist dabei, dass wir ab dem Augenblick der gemeinsamen Entscheidung des Chirurgen und des Patienten für die Operation eine Vorlaufzeit bis zur maßgeschneiderten Fertigung der Implantate von nur 10 Tagen anbieten können“, schließt Nuttens.
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