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Lebender injizierbarer Knochenersatz: Evaluation in vitro und in vivo
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Authors
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Dirk Johannes Schaefer
- Abteilung Plastische und Rekonstruktive Chirurgie, Universitätsklinik für Wiederherstellende Chirurg, Spitalstrasse 21, 4031, Basel, Phone: 0041 61 265 2525, Fax: 0041 61 265 7301; Universitätsklinikum Freiburg
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U. Kneser
- Universitätsklinikum Freiburg
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G. Pierer
- Universitätsklinik für Wiederherstellende Chirurgie Basel
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G.B. Stark
- Universitätsklinikum Freiburg
| Published: | November 11, 2003 |
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Fragestellung
Die Kombination der biomechanischen Eigenschaften von Knochenzementen mit dem osteogenen Potential autologer Zellen kann ein neues vorteilhaftes Konzept zur Behandlung von Knochendefekten darstellen. Frage der in vitro Untersuchung war, ob humane Osteoblasten derart mit Calciumphosphatzementen (CP) gemischt werden können, dass nach Aushärtung eine interkonnektierende Porosität entsteht und eine ausreichende Zellvitalität erhalten bleibt. In vivo sollte die ektope Knochenbildung und verbleibende Druckstabilität evaluiert werden.
Methodik
Humane Osteoblasten (hOB) wurden in Spülkultur isoliert und vermehrt. 5x106 hOB wurden in 1 ml Fibrinogen (50mg/ml) suspendiert (FOB). In einer speziellen Mehrkanalmischungseinheit wurde diese Suspension mit Thrombin (50 E/ml) sowie mit CP vermischt. FOB wurden über 28 Tage in vitro untersucht. Das komplette Konstrukt mit CP und FOB (Gruppe C) wurde über 24 Wochen im hetereotopen Nacktmausmodell beobachtet. Als Kontrollen dienten reiner Knochenzement (Gruppe A) sowie zellfreie Konstrukte (Fibringel + CP, Gruppe B). Die Präparate wurden histologisch sowie biomechanisch untersucht.
Ergebnis
Durch die spezielle Vermischung wurde CP mit interkonnektierenden porösen Strukturen (ca. 200 - 400 µm) aus FOB durchzogen. In vitro zeigten die humanen Osteoblasten bei erhaltener Vitalität eine Zunahme des Metabolismus über die Zeit. Histologosch zeigte sich die typische Morphologie, immunhistochemisch wurden Osteocalcin und alkalische Phosphatase nachgewiesen. Die van Kossa Färbung zeigte die Synthese von mineralisierter Matrix. In vivo wiesen alle Konstukte eine gute Biokompatibilität auf. In Gruppe A zeigte sich keine Resorption des CP. In Gruppe B zeigte sich eine Revaskularisation der Konstrukte aus der Peripherie. In Gruppe C zeigte sich zudem die Bildung von extrazellulärer Kollagenmatrix, die bei positiver van Kossa Färbung mineralisiert wurde. Die biomechanische Evaluation zeigte ein gegenüber dem soliden Knochenzement (Gruppe A) vermindertes, jedoch konstantes Young`s Modul über die Zeit in den Präparaten der Gruppe C.
Diskussion
Durch die geeignete Mischung von Calciumphosphatzementen und humanen Osteoblasten in Fibrin kann ein spritzbares, formbares, minimal-applizierbares, aushärtendes Knochenersatzmaterial entwickelt werden, welches bei ausreichender biomechanischer Stabilität zusätzlich ein osteogenes Potential in den Knochendefekt bringt.
