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Fragestellung: Aufgrund der limitierten Verfügbarkeit autologen Knochenmaterials ist die Verwendung von Fremdknochen für die operative Versorgung von Knochendefekten von besonderem Interesse. Eine innovative Strategie zur ex vivo Vitalisierung von Fremdknochen zur Vermeidung von Implantatversagen als Folge ungenügender Osseointegration ist der Einsatz mesenchymaler Stammzellen (MSCs). Zielstellung der Studie ist die Entwicklung eines biomechanisch stabilen, biologisch aktiven Knochenersatzstoffes für die klinische Anwendung.

Methodik: PES-behandelte humane Spongiosachips (3x10^-1 ccm) wurden mit 5x10⁴, 2x10⁵ und 5x10⁵ MSCs gesunder Spender (N=3, 2. Pass.) in 24 Well-Platten besiedelt (DMEM, 10% FCS). Nach 16 h statischer Inkubation wurden die Chips und Well-Böden mit Accutase^© bzw. Trypsin behandelt und die jeweilige Adhärenz- und Rücklösungs-Fraktion nach Zellzahlbestimmung berechnet. Es erfolgte die histologische Analyse der MSC/Chip-Konstrukte mittels HE- und Goldnerfärbung (0, 7, 14, 28 d). Chips wurden in Glutaraldehyd fixiert, in einer Ethanolreihe dehydriert, Kritischpunkt getrocknet, Gold beschichtet, und mittels Rasterelektronenmikroskopie (REM) analysiert. Zur Evaluation der osteogenen Differenzierung wurden MSC/Chip-Konstrukte mit Kombinationen aus Basismedium (BM), osteogenem Medium (OM), BMP-4 und VEGF stimuliert. Anschließend erfolgte die Charakterisierung der Zellen anhand Bestimmung der zell-spezifischen alkalischen Phosphatase Aktivität sowie der Expression osteogener Markergene.

Ergebnisse: Histologie und REM-Analyse bestätigen eine deutliche Besiedlung der Spongiosachips mit MSCs nach 7 d (siehe Abbildung 1 [Abb. 1]) und 28 d. Es wurde eine zelluläre Besiedlungseffizienz von 83±2% (MW±SD) nach Trypsin- und 77±9% nach Accutase^©-Behandlung bestimmt. Der Rücklösungsanteil liegt dabei für Accutase^© bei 30±12% und für Trypsin bei 25±6%. Die Ergebnisse der knochenspezifischen Differenzierung der MSC/Chip-Konstrukte nach osteogener Stimulation mit Kombinationen aus OM, BMP-4 und VEGF werden präsentiert.

Schlussfolgerungen: Die im Rahmen dieser Studie beobachtete gute Besiedlungsfähigkeit PES-behandelter Spongiosa mit primären humanen MSCs ist als wichtige Voraussetzung für eine effektive Vitalisierung allogener Knochentransplantate mit autologen Knochenvorläuferzellen zu bewerten. Zur Gewinnung 3D-kultivierter MSCs für die in vitro Testung der osteogenen Differenzierung sollte die gegenüber der Trypsin-Behandlung effektivere Accutase^©-Methode verwendet werden. Kombinationen aus OM, BMP4 und VEGF eignen sich zur adjuvanten ex vivo Stimulation vitalisierter Fremdknochentransplantate.