Spacer xi măng được đặt vào vị trí khuyết xương giai đoạn 1 của quy trình phẫu thuật được xác định là vật thể lạ giúp kích thích các phản ứng miễn dịch dẫn đến sự tổng hợp màng xơ sợi 13. Màng này bao gồm một ma trận các nguyên bào sợi, collagen với biểu mô giống với màng hoạt dịch và chứa nhiều mạch máu cũng như rất giàu các tế bào như tế bào gốc trung mô (MSC), bạch cầu và tế bào hủy xương 14. Khả năng tạo xương của màng được phát hiện một cách tình cờ bởi Masquelet. Trong khi những người cùng thời với ông cắt bỏ màng, Masquelet chọn cách giữ lại nó để tránh chảy máu quá nhiều. Sau đó, ông suy luận rằng việc bảo vệ lớp màng này là lý do khiến quy trình ghép xương của ông thành công trong khi những người khác lại gặp phải tình trạng tái hấp thu mảnh ghép 10.
Sự ngăn cách xương ghép với tổ chức xung quanh bằng màng cảm ứng giúp tăng cường khả năng tái tạo xương bằng cách kiểm soát môi trường thể dịch và tế bào của khiếm khuyết. Điều này có thể làm giảm sự kích hoạt các tế bào hủy xương bởi các cytokine như TNF, IL-6 và IL-1, làm giảm quá trình tiêu xương ghép 12,15. Hơn nữa, màng ngăn chặn sự phát triển của mô sợi, đây là nguyên nhân phổ biến gây ra tình trạng khớp giả sau gãy xương 7,16.
Ngoài tác dụng như màng bọc xương ghép này, màng còn được mô tả là “màng giả hoạt dịch”, tiết ra các yếu tố cảm ứng xương như BMP-2 và các yếu tố tăng trưởng như VEGF và TGF-β1. Những điều này giúp tái tạo mạch máu cho mảnh ghép xương và thúc đẩy quá trình tái tạo xương 13.
Khả năng tạo xương của màng được cho là đạt đến đỉnh điểm và sau đó giảm dần. Biểu hiện của VEGF giảm mạnh sau một tháng 17, trong khi biểu hiện của BMP-2 đạt đỉnh điểm sau 4–6 tuần 13,18. Những dữ liệu này chỉ ra rằng thời gian lý tưởng để thực hiện giai đoạn thứ hai là từ bốn đến sáu tuần sau giai đoạn đầu tiên. Tuy nhiên, do tính chất đa dạng của các vết thương trong bối cảnh lâm sàng khác nhau và không phải lúc nào cũng có thể dự đoán được thời gian vì việc chữa lành vết thương được coi là điều kiện tiên quyết trước khi chuyển sang giai đoạn thứ hai 19. Phần mềm bị tổn thương cũng có thể làm chậm quá trình hình thành màng cảm ứng, khiến màng không thể phát triền đến mức tối đa 10
Sự đồng thuận được chấp nhận về mặt lâm sàng là 4–8 tuần là thời gian lý tưởng giữa hai giai đoạn của quy trình. Tuy nhiên có một số báo cáo cho thấy rằng kĩ thuật cho kết quả tốt đối với khoảng thời gian giữa 2 giai đoạn dài hơn nhiều 20,21.
Một nghiên cứu phân tích màng cảm ứng có độ tuổi từ 1 đến 16 tuần đã phát hiện ra sự khác biệt về mặt mô học khi màng già đi, bao gồm tăng mạch máu và xơ hóa 14 Ban đầu, các màng cảm ứng cho thấy các đặc điểm của một tình trạng nhiễm trùng độ 2 theo Krenn và Morawietz 22 với các dấu hiệu viêm khác nhau như thâm nhiễm bạch cầu. Sau đó màng xuất hiện thêm nhiều mạch máu và tăng dần ở các khoảng thời gian sau đó. Cấu trúc mô học của màng có 2 hoặc 3 lớp thay đổi theo thời gian. Màng cảm ứng bao bồm một ma trận chứa các nguyên bào sợi, collagen với biểu mô giống màng hoạt dịch ở các lớp phía trong và các lớp phía ngoài chứa nhiều mạch máu 20. Màng cảm ứng cũng chứa các tế bào bạch cầu, tế bào hủy xương và giàu tế bào nguồn gốc trung mô 23. Ngoài ra các yếu tố tăng sinh mạch và tạo xương như VEGF, TGF-ß1, BMP-2 hoặc RUNX2 cũng đã được tìm thấy trong màng cảm ứng 24. Theo thời gian, một số thành phần tăng lên trong cấu trúc của màng cảm ứng như collagen, mô xơ, mô hạt giàu chất xơ 14 (hình 1). Ngược lại các yếu tố liên quan đến nội mô, hình thành mạch máu và tạo xương có xu hướng giảm dần theo thời gian 17,25
Màng tại mọi thời điểm đều có tế bào gốc trung mô hiện diện, cho thấy tiềm năng sinh xương, nhưng các nghiên cứu đã không định lượng được hàm lượng tế bào gốc trung môtrong mỗi màng để đánh giá liệu số lượng đó có giảm theo thời gian hay không. Tuy nhiên, các tác giả lưu ý rằng trong khi tất cả các màng đều có khả năng kích thích sự tăng sinh của tế bào gốc trung mô trong nuôi cấy, thì điều này biểu hiện rõ rệt nhất ở các màng có độ tuổi từ 29–49 ngày tuổi, đồng nghĩa với việc hoạt động sinh xương của màng đạt đỉnh vào khoảng 4–8 tuần 26. Nồng độ của các phân tử sinh xương như carboxy-terminal peptide of collagen type I (CICP), osteocalcin và osteopontin được phát hiện là tương đương nhau ở màng cảm ứng trong mọi độ tuổi 26.
Tác giả Gindraux (2020) nghiên cứu cho thấy việc trì hoãn phẫu thuật giai đoạn 2 trong vòng 6 tháng không có tác động đáng kể nào đến tốc độ lành xương, cho thấy các đặc tính sinh xương của màng được duy trì sau thời gian khuyến nghị là 4–8 tuần 20. Ngoài ra, tác giả này còn cho rằng việc trì hoãn này còn có lợi là cho phép có thời gian để chữa lành mô mềm, kiểm soát nhiễm trùng và phục hồi chuyển động của khớp.
Một nghiên cứu trên thỏ của tác giả Tarchala và cộng sự đã so sánh màng cảm ứng với màng polytetrafluoroethylene (PTFE) tổng hợp 7. Tác giả không quan sát thấy sự khác biệt đáng kể nào giữa hai màng về tỷ lệ thể tích xương so với thể tích mô. Tuy nhiên, nghiên cứu này bị hạn chế bởi quy mô mẫu nhỏ chỉ có 5 con thỏ và phương pháp đánh giá của tác giả là chụp cắt lớp vi tính vì vậy không thể phân biệt được giữa mô xương mới hình thành và mô xương ghép. Vì vậy cần có thêm nhiều hơn các nghiên cứu để khẳng định được cơ sở phân tử sinh học của màng cảm ứng trong việc thúc đẩy quá trình liền xương ghép ở bệnh nhân khuyết xương.
Tài liệu tham khảo
Pederson WC, Person DW. Long bone reconstruction with vascularized bone grafts. Orthop Clin North Am. 2007;38(1):23-35, v. doi:10.1016/j.ocl.2006.10.006
2. Aronson J. Limb-lengthening, skeletal reconstruction, and bone transport with the Ilizarov method. J Bone Joint Surg Am. 1997;79(8):1243-1258. doi:10.2106/00004623-199708000-00019
3. Weiland AJ, Phillips TW, Randolph MA. Bone grafts: a radiologic, histologic, and biomechanical model comparing autografts, allografts, and free vascularized bone grafts. Plast Reconstr Surg. 1984;74(3):368-379.
4. Masquelet AC, Begue T. The concept of induced membrane for reconstruction of long bone defects. Orthop Clin North Am. 2010;41(1):27-37; table of contents. doi:10.1016/j.ocl.2009.07.011
5. Masquelet AC, Fitoussi F, Begue T, Muller GP. [Reconstruction of the long bones by the induced membrane and spongy autograft]. Ann Chir Plast Esthet. 2000;45(3):346-353.
6. Pelissier P, Martin D, Baudet J, Lepreux S, Masquelet AC. Behaviour of cancellous bone graft placed in induced membranes. Br J Plast Surg. 2002;55(7):596-598. doi:10.1054/bjps.2002.3936
7. Tarchala M, Engel V, Barralet J, Harvey EJ. A pilot study: Alternative biomaterials in critical sized bone defect treatment. Injury. 2018;49(3):523-531. doi:10.1016/j.injury.2017.11.007
8. Pelissier P, Bollecker V, Martin D, Baudet J. [Foot reconstruction with the “bi-Masquelet” procedure]. Ann Chir Plast Esthet. 2002;47(4):304-307. doi:10.1016/s0294-1260(02)00123-1
9. European Federation of Societies for Microsurgery. Past EFSM meetings. In: ; 2019.
10. Masquelet A, Kanakaris NK, Obert L, Stafford P, Giannoudis PV. Bone Repair Using the Masquelet Technique. J Bone Joint Surg Am. 2019;101(11):1024-1036. doi:10.2106/JBJS.18.00842
11. Christian EP, Bosse MJ, Robb G. Reconstruction of large diaphyseal defects, without free fibular transfer, in Grade-IIIB tibial fractures. J Bone Joint Surg Am. 1989;71(7):994-1004.
12. Klaue K, Knothe U, Anton C, et al. Bone regeneration in long-bone defects: tissue compartmentalisation? In vivo study on bone defects in sheep. Injury. 2009;40 Suppl 4:S95-102. doi:10.1016/j.injury.2009.10.043
13. Pelissier P, Masquelet AC, Bareille R, Pelissier SM, Amedee J. Induced membranes secrete growth factors including vascular and osteoinductive factors and could stimulate bone regeneration. J Orthop Res. 2004;22(1):73-79. doi:10.1016/S0736-0266(03)00165-7
14. Gessmann J, Rosteius T, Baecker H, et al. Is the bioactivity of induced membranes time dependent? Eur J Trauma Emerg Surg. 2022;48(4):3051-3061. doi:10.1007/s00068-021-01844-4
15. Yokota K, Sato K, Miyazaki T, et al. Combination of tumor necrosis factor α and interleukin-6 induces mouse osteoclast-like cells with bone resorption activity both in vitro and in vivo. Arthritis Rheumatol. 2014;66(1):121-129. doi:10.1002/art.38218
16. Retzepi M, Donos N. Guided Bone Regeneration: biological principle and therapeutic applications. Clin Oral Implants Res. 2010;21(6):567-576. doi:10.1111/j.1600-0501.2010.01922.x
17. Aho OM, Lehenkari P, Ristiniemi J, Lehtonen S, Risteli J, Leskelä HV. The mechanism of action of induced membranes in bone repair. J Bone Joint Surg Am. 2013;95(7):597-604. doi:10.2106/JBJS.L.00310
18. Ma YF, Jiang N, Zhang X, et al. Calcium sulfate induced versus PMMA-induced membrane in a critical-sized femoral defect in a rat model. Sci Rep. 2018;8(1):637. doi:10.1038/s41598-017-17430-x
19. Obremskey W, Molina C, Collinge C, et al. Current Practice in the Management of Open Fractures Among Orthopaedic Trauma Surgeons. Part B: Management of Segmental Long Bone Defects. A Survey of Orthopaedic Trauma Association Members. J Orthop Trauma. 2014;28(8):e203-207. doi:10.1097/BOT.0000000000000034
20. Gindraux F, Loisel F, Bourgeois M, et al. Induced membrane maintains its osteogenic properties even when the second stage of Masquelet’s technique is performed later. Eur J Trauma Emerg Surg. 2020;46(2):301-312. doi:10.1007/s00068-019-01184-4
21. Powerski M, Maier B, Frank J, Marzi I. Treatment of severe osteitis after elastic intramedullary nailing of a radial bone shaft fracture by using cancellous bone graft in Masquelet technique in a 13-year-old adolescent girl. J Pediatr Surg. 2009;44(8):E17-19. doi:10.1016/j.jpedsurg.2009.04.039
22. Krenn V, Morawietz L, König B, et al. [Low-grade-/high-grade-synovitis: synovitis-score as a gold standard?]. Orthopade. 2006;35(8):853-859. doi:10.1007/s00132-006-0987-x
23. Liu H, Hu G, Shang P, et al. Histological characteristics of induced membranes in subcutaneous, intramuscular sites and bone defect. Orthop Traumatol Surg Res. 2013;99(8):959-964. doi:10.1016/j.otsr.2013.08.009
24. Han W, Shen J, Wu H, Yu S, Fu J, Xie Z. Induced membrane technique: Advances in the management of bone defects. Int J Surg. 2017;42:110-116. doi:10.1016/j.ijsu.2017.04.064
25. Henrich D, Seebach C, Nau C, et al. Establishment and characterization of the Masquelet induced membrane technique in a rat femur critical-sized defect model. J Tissue Eng Regen Med. 2016;10(10):E382-E396. doi:10.1002/term.1826
26. Ahmed H, Shakshak M, Trompeter A. A review of the Masquelet technique in the treatment of lower limb critical-size bone defects. annals. Published online June 27, 2023. doi:10.1308/rcsann.2023.0022