Onkolojik rezeksiyon sonrası kemik defektlerinin Desellülerize Kemik Skaffoldu ile desteklenmiş Serbest Fibula Flebi ile onarımı
Reconstruction of bone defects after oncological resection with Free Fibula Flap supported with Decellularized Bone Scaffold
Yazar: MEHMET FATİH ÇAMLI
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ NUH EVİN
Bezm-i Alem Vakıf Üniversitesi / Tıp Fakültesi / Plastik Rekonstrüktif ve Estetik Cerrahi Ana Bilim Dalı
Derece: Tıpta Uzmanlık, 2023
Konu: Plastik ve Rekonstrüktif Cerrahi = Plastic and Reconstructive Surgery

Özet:
Giriş ve Amaç
Kas-iskelet sistemi insan vücuduna hareket kabiliyeti sağlayan ana sistemdir. İskelet sistemini oluşturan kemik kaynaklı tümörlerin veya kemik invazyonu gösteren yumuşak doku tümörlerinin onkolojik rezeksiyonları sonrası oluşan defektlerin rekonstrüksiyonu güncel ve çok yönlü bir konudur. Ekstremite yerleşimli tümörlerin rezeksiyonu amacı ile ampütasyon yapılması ile başlayan süreç biyolojik (kemik greftleri, kemik flepleri ve kemikle entegrasyon sağlayabilecek materyaller) veya biyolojik olmayan (endoprotez, internal fiksatör vb. materyaller) yöntemlerin kullanımının yaygınlaşması, cerrahi öncesi neoadjuvan ve cerrahi sonrası adjuvan tedavilerin (kemoterapi, radyoterapi, immünoterapi) gelişmesi ile bu tümörlerin tedavisinde uzuv koruyucu cerrahiler ön planda tercih edilmeye başlamıştır.
Bu tedaviler arasında endoprotezle rekonstrüksiyon kolaylığı açısından, allogreftler ile rekonstrüksiyon hızı ve düşük ek deformiteler açısından avantajlı görülse de kemik flepleri ve özellikle fibula kemik flebi farklı modifikasyonlar ile kullanılabilmesi (çift namlulu, uc-uca, kemik grefti ile birlikte, kemik skaffoldu ile birlikte), eşlik eden cilt ve kas defektlerini eş zamanlı giderebilmesi, vaskülarizasyonunun korunması nedeniyle fizyolojik bir kemik iyileşmesi süreci sağlaması nedeniyle sağkalım ve fonksiyonellik açısından avantajlıdır.
Uzun kemiklerin homeostazının sağlanmasında hormonal faktörlerin yanında en önemli faktörlerden biri kemiğin üzerine yüklenen mekanik strestir (Wolff yasası). Fibula kemik flebinin, alıcı bölgeye transferi sonrası, mekanik stres altında bırakıldığında bu homeostatik adaptasyonu gösterip hipertrofiye uğradığı birçok çalışmada gösterilmiştir. Bu nedenle fibula kemik flebi, alıcı kemik ile çap farkı gösterdiği durumlarda bile rekonstrüksiyon amaçlı kullanılabilir.
Fibula flebinin hipertrofik adaptasyonu zaman için gelişen ve uzun süren bir süreçtir. 3 seneye kadar devam ettiği raporlanmıştır. Hastaların rekonstrüktif ameliyatlar sonrası erken fonksiyonel iyileşme göstermeleri ve sosyal hayata adaptasyonlarının sağlanması amacı ile Capanna ve ark. tarafından allogreft ile fibula flebinin kombine kullanımı tanımlanmıştır. Bu teknikte hastalık bulaşının önlenmesi amacı ile işlenmiş kemik allogreftler defekte yerleştirilen fibula flebi çevresine yerleştirilerek hem fonksiyonel iyileşmenin hızlandırılması hem de erken dönem fibula flebinin kırılma riskinin azaltılması amaçlanmıştır. Ancak ulaşım zorluğu, ek maliyet ve düşük mekanik yük taşıma kapasiteleri nedeniyle popülarize olamamıştır.
Sıvı nitrojen ile işlenmiş kemik tümörlerinin devitalize olduğu ve proliferatif potansiyellerini kaybederek zaman içinde desellülerize oldukları Yamamato ve ark. tarafından gösterilmiştir. Bu teknik kullanılarak kişinin kendisinden çıkarılan tümörlü kemik doku işlem sonrası desellülerize kemik skaffoldu olarak rekonstrüktif cerrahilerde kullanılabilir.
Bu çalışmanın amacı, onkolojik rezeksiyonlar sonrası oluşan kemik defektlerinde rezeke edilen tümörlü kemik dokunun sıvı nitrojen ile desellülerize edilmesiyle elde edilen kemik skaffoldu ile fibula flebinin kombine kullanımının onkolojik güvenirliğini, radyolojik ve fonksiyonel sonuçlarını, benzer defektlerin fibula flebi ile onarımı yapılan hastalar ve literatür ile karşılaştırarak değerlendirmektir.
Gereç ve Yöntem
Bu çalışma Bezmialem Vakıf Üniversitesi Girişimsel Olmayan Araştırmalar Etik Kurulu 09.08.2023 tarihli ve 2023/239 numaralı onayı ile 1 Haziran 2010-1 Haziran 2022 tarihleri arasında Bezmialem Vakıf Üniversitesi Tıp Fakültesi Hastanesi Plastik, Rekonstrüktif ve Estetik Cerrahi Anabilim Dalı ve Ortopedi ve Travmatoloji Anabilim Dalı tarafından yapılmış olan onkolojik cerrahi sonrası oluşan femur ve tibia kemik defektlerinin tek başına fibula flebi (F) veya kemik skaffoldu ile desteklenmiş fibula flebi (FS) ile rekonstrüksiyonu sağlanan ve 12 aylık takip sürelerini tamamlayan hastaların retrospektif analizi ile yapıldı.
Hastaların yaşları, cinsiyetleri, ek hastalıkları ve tıbbi geçmişleri kaydedildi. Hastaların sahip oldukları tümörlerin tipleri, lokalizasyonları, boyutları ve cerrahi öncesi neoadjuvan kemoterapinin veya radyoterapinin detayları araştırıldı. Uygulanan ameliyat tekniği, ameliyatta oluşan kemik defektinin boyutu, kullanılan fibula flebinin alındığı bacak, bilateral fibula kullanılıp kullanılmadığı, kemik skaffoldu ile kombine kullanım durumu, çift namlulu (double barrel) kullanılıp kullanılmadığı ameliyat notlarından ve dijital arşiv kayıtlarından araştırıldı. Cerrahi sonrası adjuvan kemoterapi ve radyoterapi tedavisi alma durumları, erken ve geç dönem komplikasyonları incelendi. Hastaların fonksiyonel iyileşmelerini değerlendirmek amacı ile cerrahi sonrası 3. ay, 6. ay ve 12. ayda değerlendirilen MSTS skorları not edildi. Cerrahi sonrası 3. ay, 6. ay ve 12. ayda çekilen anteroposterior ve lateral direkt grafiler üzerinden RUST skorlarının modifikasyonu kullanılarak yüzdelik kaynama skorları hesaplandı. Ayrıca cerrahi sonrası erken dönem ve 1. yılda aynı açıdan çekilen standardize direkt grafiler üzerinden de Boer ve Wood'un tanımladığı formül kullanılarak kemik hipertrofileri değerlendirildi.
Çalışmadaki hastaların bilgileri Statistical Package for the Social Sciences version 23 (SPSS Inc, Chicago, IL) programı üzerinden kaydedildi ve tablolaştırıldı. Tanımlayıcı metotlar ile ortalamalar ve dağılımlar bulundu. Nominal verilerin karşılaştırılmasında bağımsız örnekler t-testi kullanıldı. Kategorik veriler ki-kare testi kullanılarak karşılaştırıldı. Sonuçlardan %95 güven aralığında, p<0,05 değerinde olanlar anlamlı kabul edildi.
Bulgular
Yapılan tarama sonucu sonucu dahil edilme ve dışlanma kriterlerine göre çalışmaya uygun 34 hasta bulundu ve verileri incelendi. 34 hastanın 18'i erkek, 16'sı kadındı. Hastaların yaş ortalaması 30,9±17,6 yıldı. En genç hasta 7 yaşında, en yaşlı hasta 65 yaşındaydı. Hastaların yaşları 10-20 yaş aralığında ve 50 yaş civarında olacak şekilde bimodal dağılım göstermekteydi. 19 hastanın (%56) defektleri tek başına fibula flebi ile (F) ve 15 hastanın (%44) defektleri ise desellülerize kemik skaffoldu ile desteklenmiş fibula flebi ile (FS) onarıldı.
Hastaların patolojik tanıları incelendiğinde 13 hastada Ewing sarkomu, 6 hastada kondrosarkom, 6 hastada osteosarkom, 3 hastada malign mezenkimal tümör (MMT) alt tipleri (liposarkom, pleomorfik MMT, indiferansiye MMT), 3 hastada adamantinoma, 2 hastada dev hücreli kemik tümörü ve 1 hastada sinovyal sarkom olduğu saptandı.
Hastaların %76'sının (n=26) neoadjuvan kemoterapi, %38'inin (n=13) neoadjuvan radyoterapi, %62'sinin (n=23) adjuvan kemoterapi ve %15'inin (n=5) adjuvan radyoterapi aldığı görüldü.
Kemik defektlerinin bulunduğu anatomik bölgeler incelendiğinde 6 hastada sağ femur, 12 hastada sol femur (toplam femur n=18), 11 hastada sağ tibia, 5 hastada sol tibia (toplam tibia n=16) defektine sahipti. Femoral defekti olan hastaların 6'sında (%33) ve tibial defekti olan hastaların 9'unda (%56) kemik skaffoldu ile desteklenmiş fibula flebi kullanıldı. Hastaların %47'sinde (n=16) monitörizasyon veya cilt defektlerinin onarımı amacı ile osteokutanöz fibula flebi kullanıldı. Osteokutanöz flep kullanımı FS grubunun %46,7'sini (n=7) ve F grubunun %47,4'ünü (n=9) oluşturmaktaydı. 4 hastada (%11,8) pediküllü fibula flebi kullanıldı ve bu hastaların 3'ünde kombine onarım sağlandı. 2 hastada (%5,9) çift namlulu şekilde (1 hastada osteotomize tek fibula flebi ve 1 hastada bilateral fibula flebi) skaffoldu kullanılmaksızın onarım sağlandı.
Hastaların kemik defekt uzunlukları incelendiğinde çıkarılan kitlenin uzunluğu ortalama 15,4±5,9 cm idi. Tek başına fibula flebi kullanılan hastalarda defekt boyutu ortalama 12,8±4,5 cm, kemik skaffoldu ile desteklenen fibula flebi grubunda ise defekt boyutu ortalama 18,6±6,0 cm idi. Aradaki fark istatistiksel olarak anlamlıydı (p<0,05). Bütün hastalar incelendiğinde kullanılan fibula fleplerinin uzunluğu ortalama 19,7±7,6 cm olarak bulundu. Gruplar ayrı ayrı incelendiğinde fibula flep uzunluğu F grubunda ortalama 17,9±8,2 cm iken, FS grubunda ortalama 21,9±6,5 cm olarak bulundu. Çift namlulu onarım sağlanan iki vaka dışlanarak yapılan istatistiksel karşılaştırmada fibula fleplerinin defektten uzun olması ve FS grubu fleplerinin F grubu fleplerinden uzun olması istatistiksel olarak anlamlı bulundu (p<0,05).
Ameliyat sonrası hastaların %65'inin yoğun bakım ünitesinde (YBÜ) yatışları oldu. Bu hastalar YBÜ'de ortalama 3,5±2,1 gün kaldı. Tüm hastalar incelendiğinde YBÜ'nde kalınan gün sayısı ortalama 2,2±2,4 idi. Gruplar incelendiğinde; F grubunda ortalama 2,0±2,3 gün, FS grubunda ise ortalama 2,5±2,5 gün YBÜ yatışı oldu. Gruplar arası fark istatistiksel olarak anlamlı değildi (p=0,52).
Hastaların cerrahi sonrası toplam hastanede kalış süreleri ortalama 10,0±5,5 gündü. Gruplar ayrı ayrı incelendiğinde F grubunun ortalama 10,4±5,8 gün, FS grubunun ise ortalama ise 9,5±5,3 gün hastanede kaldı. Gruplar arası fark istatistiksel olarak anlamlı değildi (p=0,65).
Hastaların kontrollerinde MSTS skorlama sistemi ile yapılan değerlendirmede 3. ay ortalama MSTS skorları %55,5±5,8 (F:%53,7±6,0, FS:%57,8±5,0), 6. ay MSTS skorları %71,0±6,8 (F:%68,3±6,8, FS:%74,4±5,3) ve 12. ay ortalama MSTS %85,3±7,4 (F:%85,1±8,2, FS:%85,6±6,6) olarak hesaplandı. Gruplar arası MSTS skorları arasındaki fark cerrahi sonrası 3. ay ve 6. ayda istatistiksel olarak anlamlıydı (p<0,05). Cerrahi sonrası 12. ay kontrollerinde MSTS değerleri incelendiğinde ise aradaki fark istatistiksel olarak anlamlı değildi (p=0,86).
Ameliyat sonrası adjuvan kemoterapi tedavisine başlanma süresi (n=23) ortalama 35,1±11,9 gündü. Gruplar ayrı ayrı incelendiğinde F grubu (n=14) ortalama 33,9±14,0 gün, FS grubu (n=9) ise ortalama 37,0±8,2 gün sonra kemoterapiye başladı. Gruplar arası fark istatistiksel olarak anlamlı değildi (p=0,55).
7 hastada (%21) erken dönem (yara yeri enfeksiyonu) ve 9 hastada (%26) geç dönem (kontraktür, uzuv kısalığı, kaynama problemleri, implant kırılması) komplikasyonları görüldü. Bütün komplikasyonlar göz önünde bulundurulduğunda kemik skaffoldu ile desteklenmiş fibula flebi (FS) ve tek başına fibula flebi (F) grupları arasında fark istatistiksel olarak anlamlı değildi (p=0,58). Komplikasyonlar ayrı ayrı incelendiğinde yara yeri enfeksiyonu oranları (p=0,37),  debridman ihtiyacı (p=0,43), kontraktür riski (p=0,45) ve kaynama problemleri (p=0,43) arasında istatistiksel olarak anlamlı bir fark yoktu. Uzun dönem takipte 6 hastada (%17,7) uzak metastaz görüldü. Hastalarda ampütasyon veya lokal nüks gözlenmedi.
Hastaların 3. ay, 6. ay ve 12. ay kontrollerinde çekilen direkt grafileri değerlendirilerek hesaplanan RUST skorları sırasıyla %56,3±9,3, %75,5±8,8 ve %92,9±9,8 idi. Gruplar ayrı ayrı incelendiğinde 3. ayda F grubu %54,4±8,9 ve FS grubu %58,6±9,5, 6. ayda F grubu %73,7±8,1 ve FS grubu %77,8±9,3 ve 12. ayda F grubu %92,5±9,4 ve FS grubu %93,3±10,7 ortalama RUST skorlarına sahipti. Kontrollerde gruplar arası fark istatistiksel olarak anlamlı değildi (p=0,19/p=0,18/p=0,82).
Aynı açılı standardize grafiler kullanılarak hesaplanan kemik hipertrofi değerleri 12. ayda ortalama %15,50±5,94 idi. Gruplar ayrı ayrı incelendiğinde F grubu kemik hipertrofi ortalaması %15,97±3.93 ve FS grubu kemik hipertrofi ortalaması %14,89±7,91 idi. Gruplar arası fark istatistiksel olarak anlamlı değildi (p=0,53). Ancak dağılımlar incelendiğinde fibula grubu normal bir dağılıma sahipken, FS grubu %8 ve %22 değerlerinde yoğunlaşan bimodal bir dağılıma sahipti.
Tartışma
Yeni bir ameliyat tekniğinin klinik pratiğe girmesi ve yer edinebilmesi için mevcut tekniklerle kantitatif ve kalitatif metodlar kullanılarak karşılaştırılması ve uzun dönem sonuçları ile birlikte güvenilirliğinin gösterilmesi gerekmektedir. Onkolojik kemik defektlerinin rekonstrüksiyonunda kullanılacak bir teknik için bakılması gereken parametreler onkolojik güvenlilirliğinin (rekürrans, adjuvan tedavi başlangıcına kadar geçen süre vb.) gösterilmesini, komplikasyon oranlarının karşılaştırılmalı analizini, radyolojik ve fonksiyonel iyileşmelerinin karşılaştırılmalı analizini içermelidir.
Bu çalışmada yer alan hastaların hiçbirinde 12. ayda kontrollerinde lokal nüks gözlenmemiştir. Adjuvan tedavi alacak olan hastalar (n=23, %68) cerrahi sonrası öncelikle kemoterapi tedavisine başlamıştır. Kemik skaffoldu ile desteklenmiş fibula flebi (FS) grubundaki hastalar (n=9) ortalama 37,0±8,2 gün, tek başına fibula flebi (F) grubundaki hastalar (n=14) ise ortalama 33,9±14,0 gün sonra adjuvan tedavilere başlamıştır. İki grup arasında istatistiksel olarak anlamlı bir fark bulunmaması ve hastalarda nüks görülmemesi tekniklerin onkolojik güvenilirlerini göstermesi ve cerrahi sonrası tedavilerin gecikme olmadan sağlanması açısından önemlidir. 
Cerrahi sonrası 7 hastada erken dönem yara yeri komplikasyonları ve 9 hastada geç dönem komplikasyonları (kontraktür, uzuv kısalığı, kaynama problemleri, implant kırılması) görülmüştür. Yara yeri komplikasyonları ihtiyaca göre basamaklandırılarak medikal tedavi ve bölgesel yara bakımı, debridman veya debridman sonrası sekonder flepler ile yönetilmiştir ve uzuv kaybı veya flep kaybı görülmemiştir. Yara yeri enfeksiyon oranları (F:%26,3, FS:%13,3), debridman sonrası flep ihtiyacı (F:%15,8, FS:%6,7) ve kaynama problemleri (F: %5,3, FS:%13,3) üzerinden yapılan istatistiksel analizde bir fark bulunmamıştır. Sonuçlar allogreft ile kombine fibula flebi (Capanna tekniği) ve sıvı nitrojenle işlem görmüş otogreft ile kombine fibula flebi çalışmalarında belirtilen kemik kaynama problemleri ve revizyon ameliyatları ile uyumlu bulunmuştur.
Radyolojik değerlendirmelerde hastaların takip muayenelerinde çekilen direkt grafileri kullanılarak 3. ay, 6. ay ve 12. ay kemik kaynama skorları ve fibula fleplerinin 12. ay hipertrofi oranları kullanılmıştır. Gruplar arasında anlamlı bir fark bulunmamıştır. RUST skorlama sisteminin kemik flebi ile onarım için tasarlanan modifikasyonunda kemik kaynama skorları 3.ayda (F:%54,4, FS:%58,6), 6. ayda (F:%73,7, FS:%77,8) ve 12. ayda (F:%92,5, FS:%93,3) olarak hesaplanmıştır. Kemik hipertrofi oranlarının hesaplanmasında standardize çekim açıları kullanılmıştır. F grubunda %15,97±3.93, FS grubunda %14,89±7,91 oranında hipertrofi gerçekleştiği bulunmuştur. Kemik hipertrofisinin sağlanması için fibula fleplerinin yük paylaştırma (load-sharing) tekniği ile fiksasyonu ve bu nedenle mevcut kemik defektlerinde daha uzun şekilde alınması önemlidir. Ortalama kemik defekti 15,4±5,9 cm (F:12,8±4,5 cm, FS:18,6±6,0 cm) iken, ortalama fibula flebi uzunluğu 19,7±7,6 cm olarak bulunmuştur. Kemik skaffoldu ile desteklenmiş fibula fleplerinin daha uzun defektlerde tercih edildiği ve kullanılan fibula fleplerinin mevcut defeklerden uzun olduğu istatistiksel olarak anlamlı bulunmuştur (p<0,05). Kemik kaynaması sonrası hipertrofinin 3. yıla kadar devam ettiği çeşitli çalışmalarda gösterilmiştir ancak erken dönem kemik hipertrofisinin gösterilmesi de kemik kaynama skorlarıyla birlikte değerlendirildiğinde kemik skaffoldu ile kombine fibula flebinin tek başına fibula flebine göre erken dönemde istatistiksel olarak anlamlı olmasa da daha iyi kaynama sağladığını ve 12. ayda tek başına fibula flebine göre kötü sonuçlara sahip olmadığını göstermektedir.
Fonksiyonel sonuçlar hasta bakımından onkolojik güvenliliğin yanı sıra en önemli sonuç olarak düşünülebilir. Hastaların kontrollerinde MSTS skorlama sistemi ile yapılan değerlendirmede işleme göre MSTS skorları arasındaki fark cerrahi sonrası 3. ayda (F:%53,7±6,0, FS:%57,8±5,0) ve 6. ayda (F:%68,3±6,8, FS:%74,4±5,3)  istatistiksel olarak anlamlı bulunmuştur (p<0,05). Cerrahi sonrası 12. ayda (F:%85,1±8,2, FS:%85,6±6,6) fark anlamlı değildir ancak literatür yaygın olarak bildirilen 12. ay MSTS skorları ile uyumludur. Fibula flebinin kemik skaffoldu ile desteklenmesinin öncelikli amacı erken dönem fibula flebi kırıklarının önlenmesi ve hastaların erken fonksiyonel kazanım sağlamalarıdır. Bu nedenle cerrahi sonrası 12. ayda benzer skorlara sahip olmaları beklenebilir.
Sonuç
Literatürde mevcut olan allogreft ile kombine fibula flebi ve sıvı nitrojen ile işlem görmüş otogreft ile kombine fibula flebi çalışmalarında karşılaştırmalar genellikle tek başına allogreft/kemik skaffoldu ile yapılmıştır. Bu çalışmada tümörlü kemik segmentinin sıvı nitrojen ile işlenmesi sonrası elde edilen kemik skaffoldu ve fibula flebinin kombine kullanımını onkolojik, radyolojik ve fonksiyonel parametreler üzerinden tek başına fibula flebi kullanımı ile ve literatür ile karşılaştırarak tek başına fibula flebine göre kötü olmayan sonuçlara sahip olduğu gösterilmiştir. Cerrahi sonrası fonksiyonel değerlendirmelerde ise erken dönemde tek başına fibula ile yapılan rekonstrüksiyonlara üstünlüğü gösterilmiştir. Takip süresinin uzatılması ve hasta sayısının artması ile daha derinlemesine bir analiz mümkün olacaktır. Ayrıca, kemik hipertrofisi yerine kemik integrasyonunun ve volümetrik kemik hacminin değerlendirilmesini sağlayacak tekniklerin geliştirilmesi kemik iyileşmesinin daha iyi değerlendirilmesini mümkün kılacaktır.

Anahtar Kelimeler: Capanna Tekniği; Fibula Flebi; Kemik Rekonstrüksiyonu; Kemik Skaffold; Onkoplastik Cerrahi; Otogreft; Vaskülarize Fibula Grefti

Abstract:
Introduction and Aim
The musculoskeletal system is the main system that provides mobility to the human body. Reconstruction of defects after oncological resection of bone tumors or soft tissue tumors with bone invasion is a current and multidimensional concept. The evolution of treatment process, which started with amputation for tumors located in the extremities, turned into limb-sparing surgery with the use of biological (bone grafts, bone flaps and materials that can integrate with bone) or non-biological (endoprosthesis, internal fixator, etc.) materials, improvements in neoadjuvant and adjuvant therapies (chemotherapy, radiotherapy, immunotherapy).
Although endoprosthesis are favored for their ease of reconstruction and allografts for their speed of reconstruction and low additional comorbidities, bone flaps and especially fibula bone flaps are advantageous due their ability to be used with different modifications (double-barrel, end-to-end, with bone graft, with bone scaffold), to address simultaneous muscle and skin defects and to enable physiological bone healing process increasing survival and functionality of bone flap due to preservation of vascularization.
One of the most important factors in ensuring homeostasis of long bones is the mechanical stress placed on the bone (Wolff's law) in addition to the hormonal factors. It has been shown in many studies that the fibula bone flap shows this homeostatic adaptation and undergo hypertrophy when placed under mechanical stress after its transfer to the recipient site. For this reason, the fibula bone flap can be used for reconstruction purposes even in cases where it differs in diameter from the recipient bone.
Hypertrophic adaptation of the fibula flap is a long-lasting process that develops over time. It has been reported to continue for 3 years. In order to ensure early functional recovery of patients after reconstructive surgeries and their adaptation to social life, Capanna et al. described the combined use of allografts and fibula flap. In this technique, bone allografts are processed to prevent disease transmission and then placed around the fibula flap to reconstruct the defect, aiming to accelerate functional recovery and reduce the risk of early fibula flap fracture. However, the technique did not popularize due to transportation difficulties, additional costs and low mechanical load carrying capacities.
Yamamato et al. reported that bone tumors treated with liquid nitrogen devitalized and decellularized over time, losing their proliferative potential. Using this technique, tumor tissue removed from the patient can be used in reconstructive surgeries as decellularized bone scaffold with liquid nitrogen application.
The aim of this study is to evaluate the oncological safety, radiological and functional results of the combined use of bone scaffold obtained by decellularizing the resected tumor bone tissue with liquid nitrogen and fibula flap in bone defects formed after oncological resections, by comparing them with patients who had similar defects repaired with fibula flaps and the literature.
Material and Methods
This study was carried out with the approval of Bezmialem Vakıf University Non-Interventional Research Ethics Committee dated 09.08.2023 and numbered 2023/239. A retrospective analysis of patients treated by Bezmialem Vakıf University Faculty of Medicine Hospital, Department of Plastic, Reconstructive and Aesthetic Surgery and Department of Orthopedics and Traumatology, between 1 June 2010 and 1 June 2022, for oncological defects of femur and tibia and reconstructed with a fibula flap (F) alone or a fibula flap supported by a bone scaffold (FS) and completed a 12-month follow-up period.
The patients' ages, gender, comorbidities, and medical history were recorded. The pathological types, localizations, sizes of the tumors the patients had, and details of neoadjuvant chemotherapy or radiotherapy treatment before surgery were investigated. The surgical technique applied, the size of the bone defect formed in the surgery, the leg from which the fibula flap was taken, whether bilateral fibula was used, whether it was used in combination with bone scaffold, whether a double barrel was used or not were investigated from the surgery notes and digital archive records. Postoperative adjuvant chemotherapy and radiotherapy treatment status, early and late term complications were examined. In order to evaluate the functional recovery of the patients, MSTS scores evaluated at the 3rd, 6th and 12th months after surgery were noted. Percent union scores were calculated using the modification of RUST scores on anteroposterior and lateral direct radiographs taken at the 3rd, 6th and 12th months after surgery. In addition, bone hypertrophies were evaluated using the formula defined by de Boer and Wood on standardized direct radiographs taken from the same angle in the early postoperative period and at the first year.
The information of the patients in the study was recorded and tabulated using the Statistical Package for the Social Sciences version 23 (SPSS Inc, Chicago, IL) program. Means and distributions were found with descriptive methods. Independent samples t-test was used to compare nominal data. Categorical data were compared using the chi-squared test. Results with p<0.05 and a confidence interval of 95% were considered significant.
Results
34 patients suitable for the study were found according to the inclusion and exclusion criteria and their data were examined. Of the 34 patients, 18 were men and 16 were women. The average age of the patients was 30.9±17.6 years. The youngest patient was 7 years old and the oldest patient was 65 years old. The ages of the patients showed a bimodal distribution, peaking at 10-20 years old and around 50 years old. The defects of 19 patients (56%) were repaired with fibula flap alone (F) and the defects of 15 patients (44%) were repaired with fibula flap supported by decellularized bone scaffold (FS).
When the pathological diagnoses of the patients were examined, 13 patients with Ewing's sarcoma, 6 patients with chondrosarcoma, 6 patients with osteosarcoma, 3 patients with malignant mesenchymal tumor (MMT) subtypes (liposarcoma, pleomorphic MMT, undifferentiated MMT), 3 patients with adamantinoma, 2 patients with giant cell bone tumor in and 1 patient with synovial sarcoma was found.
It was found that 76% (n = 26) of the patients received neoadjuvant chemotherapy, 38% (n = 13) received neoadjuvant radiotherapy, 62% (n = 23) received adjuvant chemotherapy and 15% (n = 5) received adjuvant radiotherapy.
When the anatomical regions with bone defects were examined, 6 patients had right femur defects, 12 patients had left femur defects (total femur n=18), 11 patients had right tibia defects, 5 patients had left tibia defects (total tibia n=16). Fibula flap supported by bone scaffold was used in 6 (33%) of the patients with femoral defects and 9 (56%) of the patients with tibial defects. Osteocutaneous fibula flap was used in 47% of the patients (n=16) for repair of skin defects or as a monitor. Osteocutaneous flap use comprised 46.7% (n=7) of the FS group and 47.4% (n=9) of the F group. Pedicled fibula flap was used in 4 patients (11.8%), and combined repair with bone scaffold was achieved in 3 of these patients. In 2 patients (5.9%), repair was achieved in a double-barreled manner (osteotomized single fibula flap in 1 patient and bilateral fibula flap in 1 patient) without the use of scaffold.
When the bone defect lengths of the patients were examined, the average length of the defect was 15.4±5.9 cm. The average defect size in patients using fibula flap alone was 12.8±4.5 cm, and in the fibula flap supported with bone scaffold group, the average defect size was 18.6±6.0 cm. The difference was statistically significant (p<0.05). When all patients were examined, the average length of the fibula flaps used was found to be 19.7±7.6 cm. When the groups were examined separately, the average fibula flap length was 17.9±8.2 cm in the F group and 21.9±6.5 cm in the FS group. In the statistical comparison made by excluding two cases with double-barreled repair, it was found statistically significant that the fibula flaps were longer than the defect and the FS group flaps were longer than the F group flaps (p<0.05).
Postoperatively, 65% of the patients were hospitalized in the intensive care unit (ICU). These patients stayed in the ICU for an average of 3.5±2.1 days. When all patients were examined, the average number of days spent in the ICU was 2.2±2.4. When the groups are examined, average ICU stay was 2.0±2.3 days in the F group and 2.5±2.5 days in the FS group. The difference between groups was not statistically significant (p=0.52).
The average total hospital stay of the patients after surgery was 10.0±5.5 days. When the groups were examined separately, the F group stayed in the hospital for an average of 10.4±5.8 days, and the FS group stayed in the hospital for an average of 9.5±5.3 days. The difference between groups was not statistically significant (p=0.65).
In the evaluation made with the MSTS scoring system at the follow-up visits of the patients, the mean MSTS scores at the 3rd month were 55.5±5.8% (F:53.7%±6.0, FS:57.8%±5.0), and the mean MSTS scores at the 6th month was 71.0±6.8% (F:68.3±6.8%, FS:74.4±5.3%) and 12th month mean MSTS was 85.3±7.4% (F:%85.1±8.2, FS:85.6±6.6%). The difference between MSTS scores between groups was statistically significant at 3 and 6 months after surgery (p<0.05). When MSTS values were analyzed at the 12th month follow-up after surgery, the difference was not statistically significant between the groups (p=0.86).
The average time to start adjuvant chemotherapy treatment after surgery (n=23) was 35.1±11.9 days. When the groups were examined separately, the F group (n=14) started chemotherapy after an average of 33.9±14.0 days, and the FS group (n=9) started chemotherapy after an average of 37.0±8.2 days. The difference was not statistically significant (p=0.55).
Early complications (wound infection) were observed in 7 patients (21%) and late complications (contracture, short limbs, union problems, implant failure) were observed in 9 patients (26%). Including all complications, the difference of complication rate between the fibula flap supported by bone scaffold (FS) and fibula flap alone (F) groups was not statistically significant (p=0.58).
When complications are examined separately, wound infection rates (p=0.37), need for debridement (p=0.43), contracture risk (p=0.45) and union problems (p=0.43) were not statistically different between the groups. During long-term follow-up, distant metastases were observed in 6 patients (17.7%). No amputation or local recurrence was observed.
The RUST scores calculated by evaluating the patients' direct radiographs taken at the 3rd, 6th and 12th month follow-ups were 56.3±9.3%, 75.5±8.8% and 92.9±9.8%, respectively. When the groups' mean RUST scores are examined separately, at the 3rd month, the F group's mean score 54.4±8.9% and the FS group's mean score was 58.6±9.5%, and at the 6th month, the F group's mean score was 73.7±8.1% and the FS group's mean score was 77.8±9.3%. At 12 months, the F group had mean RUST scores of 92.5±9.4% and the FS group had 93.3±10.7%. In follow-ups, the difference between groups was not statistically significant (p=0.19/p=0.18/p=0.82).
Bone hypertrophy values calculated using standardized radiographs with the same angle were 15.50±5.94% on average at the 12th month. When the groups were examined separately, the F group's mean bone hypertrophy was 15.97±3.93% and the FS group's mean bone hypertrophy was 14.89±7.91%. The difference between groups was not statistically significant (p=0.53). However, when the distributions were examined, the F group had a normal distribution, while the FS group had a bimodal distribution concentrated at 8% and 22%.
Discussion
In order for a new surgical technique to enter clinical practice and gain a foothold, it must be compared with existing techniques using quantitative and qualitative methods, and its reliability and long-term results must be demonstrated. The parameters that should be considered for a technique to be used in the reconstruction of oncological bone defects should include the demonstration of its oncological safety (recurrence, time until the start of adjuvant treatment, etc.), comparative analysis of complication rates, and comparative analysis of radiological and functional improvements.
No local recurrence was observed in any of the patients included in this study at their 12-month follow-up. Patients who would receive adjuvant treatment (n=23, 68%) first started chemotherapy treatment after surgery. Patients in the fibula flap (FS) group supported by bone scaffold (n=9) waited an average of 37.0±8.2 days, and patients in the fibula flap alone (F) group (n=14) waited an average of 33.9±14.0 days to start adjuvant treatments. The fact that there is no statistically significant difference between the two groups and that there is no recurrence in the patients is important in terms of showing the oncological reliability of the techniques and providing post-surgical treatments without delay.
After surgery, early wound complications were observed in 7 patients and late complications (contracture, short limbs, union problems, implant breakage) were observed in 9 patients. Wound complications were staged according to need and managed with medical treatment and regional wound care, debridement or secondary flaps after debridement, and no limb loss or flap loss was observed. Statistical analysis of wound infection rates (F:26.3%, FS:13.3%), post-debridement flap requirement (F:15.8%, FS:6.7%) and union problems (F:5.3%, FS:13.3%) revealed no statistical difference. The results were found to be consistent with the bone union problems and revision surgeries reported in the fibula flap combined with allograft (Capanna technique) and with autograft treated with liquid nitrogen studies in the literature.
In radiological evaluations, direct radiographs taken during the follow-up examinations of the patients were used, and 3rd month, 6th month and 12th month bone union scores and 12th month hypertrophy rates of fibula flaps were used. No significant difference was found between groups. In the modification of the RUST scoring system designed for bone flap repair, bone union scores were lower at 3 months (F: 54.4%, FS: 58.6%) and at 6 months (F: 73.7%, FS: 77.8%). and similar results were seen at the 12th month (F: 92.5%, FS: 93.3%). Standardized angles were used to calculate bone hypertrophy rates. It was found that hypertrophy occurred at a rate of 15.97±3.93% in the F group and 14.89±7.91% in the FS group. In order to ensure bone hypertrophy, it is important to fixate the fibula flaps with the load-sharing technique and to harvest flaps longer than the existing bone defects. While the average bone defect was 15.4±5.9 cm (F:12.8±4.5 cm, FS:18.6±6.0 cm), the average fibula flap length was 19.7±7.6 cm. It was found statistically significant that fibula flaps supported with bone scaffold were preferred in longer defects and that the fibula flaps used were longer than the existing defects (p<0.05). It has been shown in various studies that hypertrophy after bone union continues until the 3rd year, but when the demonstration of early bone hypertrophy is evaluated together with bone union scores, the fibula flap combined with bone scaffold is not statistically significant in the early period compared to the fibula flap alone. It shows that it provides better union and does not have worse results than the fibula flap alone at 12 months.
Functional results can be considered the most important outcome for the patient, next to oncological safety. In the analysis of the MSTS scores at the patients' follow-up visits, the difference between groups' mean MSTS scores at the 3rd month (F: 53.7%±6.0, FS: 57.8%±5.0) and 6th month (F:%68.3±6.8, FS:74.4±5.3%) after surgery was found to be statistically significant (p<0.05). The difference is not significant at 12 months after surgery (F: 85.1%±8.2, FS: 85.6%±6.6), but is consistent with the 12th month MSTS scores commonly reported in the literature. The primary purpose of supporting the fibula flap with a bone scaffold is to prevent early fibula flap fractures and provide early functional recovery for patients. Therefore, they can be expected to have similar scores at 12 months after surgery.
Conclusion
In the studies of fibula flap combined with allograft and fibula flap combined with autograft treated with liquid nitrogen in the literature, comparisons were generally made with allograft/bone scaffold alone. In this study, the combined use of bone scaffold and fibula flap obtained after processing the tumor-bearing bone segment with liquid nitrogen was compared with the use of fibula flap and with the literature on oncological, radiological and functional parameters, and it was shown that it had results that were not worse than fibula flap alone. In post-operative functional evaluations, its superiority over reconstructions performed with fibula flap alone in the early period has been demonstrated. A more in-depth analysis will be possible by extending the follow-up period and increasing the number of patients. In addition, the development of techniques that will enable the evaluation of bone integration and volumetric bone volume instead of bone hypertrophy will make it possible to better evaluate bone healing.

Keywords: Autograft; Bone Reconstruction; Bone Scaffold; Capanna Technique; Fibula Flap; Oncoplastic Surgery; Vascularized Fibula Graft