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Einleitung: Die Transplantation von autologer Spongiosa stellt auch heute noch den Goldstandard zur Füllung von Knochendefekten dar. Allerdings bestehen eine Hebemorbidität sowie eine begrenzte Verfügbarkeit. Das hier untersuchte vollsynthetische Knochenaufbaumaterial NanoBone® (ein in hochporöse Kieselgelmatrix eingebettetes nanokristallines Hydroxylapatit) weist im Großtiermodell am desmalen Knochen eine sehr gute osteokonduktive Potenz auf. Bislang liegen positive klinische Erfahrungen zu NanoBone® als Fusionsmaterial bei Wirbelkörperfusion sowie im Bereich der Oralchirurgie vor. Eine Untersuchung am Röhrenknochen im standardisierten Großtiermodell am Schaf sollte die Anwendbarkeit von NanoBone® bei chondralen Knochendefekten bestätigen.

Material und Methoden: Bei 12 ausgewachsenen Schafen wurde unter der Gelenkfläche der medialen Tibiakondyle des rechten und linken Hinterlaufes unter standardisierten Bedingungen ein definierter Knochendefekt von 1.05 cm³ gefräst. Der rechtsseitige Defekt wurde mit Biomaterial gefüllt, während der linksseitige Defekt leer belassen wurde. Beide Defekte wurden mit einem Fascienstreifen gedeckt. Unter Berücksichtigung der festen spongiösen Struktur des Tibiakopfes und der Intaktheit der lateralen Tibiakondyle konnte auf eine zusätzliche Stabilisierung verzichtet werden. Der Defekt war -bei voller Belastbarkeit des Hinterlaufes- teilbelastet. Die Tiere wurden nach sechs (n=6) bzw. zwölf Wochen (n=6) getötet. Die operierten Knochen wurden unter Berücksichtigung der periostalen Integrität entnommen. Die Proben wurden makroskopisch und mikroskopisch beurteilt. Die radiologische Untersuchung schloss neben einer nativröntgenologischen Bildgebung eine Makro- und Mikrocomputertomographie ein. Durch Auswertung der Mikro-CT Daten konnte anhand der Volumenverteilung der radiologischen Dichte ein Mindestwert für die Knochenneubildung ermittelt werden. Nach Entkalken der Proben und Hämatoxylin-Eosin-Färbung wurden zusätzlich histologische und histomorphometrische Untersuchungen (AnalySYS-Software) durchgeführt. Eventuell aufgetretene Veränderungen am Biomaterial im Versuchsverlauf wurden mittels Rasterelektronenmikroskopie und EDX-Analyse erfasst.

Ergebnisse: Die histologischen und radiologischen Untersuchungen zeigten, dass die zur Kontrolle angelegten Leerdefekte sowohl nach 6 als auch nach 12 Wochen nicht mit Knochen gefüllt waren. Im Gegensatz dazu zeigte sich nach 6 Wochen in den mit dem Biomaterial gefüllten Defekten nach der Auswertung der Mikro-CT-Daten eine Volumenzunahme von knochendichten Strukturen um 20 %. Parallel dazu wies die quantitative Analyse der histologischen Schnittbilder nach diesem Zeitraum eine Knochenneubildung von ~22 % auf. Nach 12 Wochen ergab sich histomorphometrisch eine Knochenneubildung von 44 %. Die Mikro-CT Auswertung zeigte eine Zunahme der knochendichten Strukturen auf 31 %. Histologisch waren auf der Oberfläche des Biomaterials mehrkernige Riesenzellen und Resorptionslakunen nachweisbar, was auf einen Abbau durch Osteoklasten hinweist. Die rasterelektronenmikroskopischen Untersuchungen sowie die EDX-Analyse der Zusammensetzung des Biomaterials 6 Wochen nach Implantation bestätigen den vollständigen Ersatz der Kieselgelmatrix, in welche das Hydroxylapatit eingebettet war, durch autologe Matrixproteine, wobei die Granulatkörner formstabil blieben.

Schlussfolgerung: Das eingesetzte nanostrukturierte Knochenaufbaumaterial NanoBone® hat sich auch beim Einsatz im Schafsmodell als ein hochpotenter Knochenersatzstoff mit ausgeprägten osteokonduktiven Eigenschaften bewährt. Diese Eigenschaften lassen das getestete Material auch beim Menschen im klinischen Einsatz zum bevorzugten Knochenaufbaumaterial werden.