Nanofracturing: a new technique for bone marrow stimulation in equine cartilage repair

Abstract

Microfracture is the current standard in treatment of focal full-thickness cartilage lesions in horses, but clinical outcome may vary. Nanofracture is a novel technique that uses a commercially developed device to yield smaller diameter perforations with deeper penetration into the subchondral bone. Experimentally, in rabbits and sheep, nanofracture has been shown to result in superior repair compared to microfracture. The objective was to study the feasibility and preliminary outcome of nanofracture using a commercial device for treatment of cartilage defects in horses. Nanofracture was tested ex vivo in n=2 cadaveric equine stifle joints and in vivo in n=8 horses with experimental partial thickness cartilage defects in the medial femoral trochlear ridge. These were treated with an experimental biomaterial or nanofracture, and repair tissue was studied macroscopically (ICRS-I score) and microscopically (histological ICRS-II score and micro-CT) after 7 months. Both in cadaveric equine stifle joints and in vivo, the nanofracture device could readily be applied and allowed easy penetration of the subchondral bone. Repair tissue after 7 months was graded ‘near-normal’ macroscopically, while histologically, the abundant repair tissue proved mainly fibrocartilaginous in nature. Micro-CT revealed near-full restoration of mid-lesion cartilage layer thickness but altered subchondral bone microarchitecture. The in vivo study did not include a control group treated with conventional microfracture for comparison. To our knowledge, this is the first report on bone marrow stimulation using nanofracture as a potential method to enhance chondral defect repair in horses. In the in vivo study, no clinical adverse effects were observed, and promising good defect filling with fibrocartilaginous tissue was seen 7 months after treatment.

La microfractura es el estándar actual en el tratamiento de lesiones focales de cartílago de grosor completo en caballos, pero el resultado clínico puede variar. La nanofractura es una técnica novedosa que utiliza un dispositivo desarrollado comercialmente para producir perforaciones de menor diámetro con una penetración más profunda en el hueso subcondral. Experimentalmente, en conejos y ovejas, se ha demostrado que la nanofractura da lugar a una reparación superior en comparación con la microfractura. El objetivo era estudiar la viabilidad y el resultado preliminar de la nanofractura utilizando un dispositivo comercial para el tratamiento de defectos del cartílago en caballos. La nanofractura se probó ex vivo en n=2 articulaciones de la ahogada cadavérica equina e in vivo en n=8 caballos con defectos de cartílago de espesor parcial experimental en la cresta troclear del fémur medial. Estos fueron tratados con un biomaterial experimental o nanofractura, y el tejido de reparación fue estudiado macroscópicamente (puntuación ICRS-I) y microscópicamente (puntuación histológica ICRS-II y micro-TC) después de 7 meses. Tanto en las articulaciones de la ahogada equina cadavérica como in vivo, el dispositivo de nanofractura podía aplicarse fácilmente y permitía una fácil penetración del hueso ubcondral. El tejido de reparación después de 7 meses fue calificado acroscópicamente como 'casi normal', mientras que histológicamente, el abundante tejido de reparación demostró ser principalmente de naturaleza fibrocartilaginosa. La micro-TC reveló una restauración casi completa del grosor de la capa de cartílago de la lesión media, pero alteró la microarquitectura del hueso subcondral. El estudio in vivo no incluyó un grupo de control tratado con microfractura convencional para la comparación. Hasta donde sabemos, este es el primer informe sobre la estimulación de la médula ósea usando la nanofractura como un método potencial para mejorar la reparación de defectos condrales en caballos. En el estudio in vivo, no se observaron efectos clínicos adversos, y se vio un buen relleno del defecto con tejido fibrocartilaginoso 7 meses después del tratamiento.