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Einleitung: Mit dem Ziel der Entwicklung einer neuen Therapiestrategie zur Behandlung großer Knochendefekte wurde in den letzten Jahren an der Entwicklung von vaskularisiertem Knochengewebe gearbeitet. Hierzu wurde in vorangegangenen Versuchen das arteriovenöse (AV)-Loop Modell des Schafes entwickelt, in welchem zunächst eine intrinsische, axiale Vaskularisation verschiedener biologischer und bioartifizieller Knochenersatzstoffe gezeigt werden konnte. In bisherigen Studien wurden Knochenersatzstoffe mit mesenchymalen Stammzellen (MSC) und Knochenwachstumsfaktoren kombiniert, allerdings konnte kein stabiler vaskularisierter Knochenersatz gezüchtet werden, der zur Transplantation in einen Knochendefekt kritischer Größe geeignet gewesen wäre. Die aktuelle Studie evaluiert im Subkutanmodell die Züchtung von Knochengewebe in einer primär stabilen nanokristallinen Knochenersatzmatrix mit dem Ziel der Züchtung von stabilem, transplantierbaren Knochenersatzgewebe in klinisch relevanter Größenordnung.

Material und Methoden: In Merinolandschafen wurden subkutan MSC (direkt re-transplantiert oder expandiert) in Kombination mit der nanokristallinen Knochenersatzmatrix NanoBone^® mit oder ohne dem Knochenwachstumsfaktor BMP-2 eingebracht und bis zu 12 Wochen belassen. Zum Vergleich wurde NanoBone^® in autologem Serum, Medium, Fibrinmatrix oder Eigenblut (ohne Zugabe von MSC) getränkt. Die Auswertung erfolgte histologisch und auf molekularbiologischer Ebene.

Ergebnisse: Die Gruppe, in der autologes Serum oder Medium verwendet wurde zeigte einen erhöhten Knochenumbau und mehr Knochenneubildung im Vergleich zur Gruppe in der Fibrinmatrix verwendet wurde. Die besten Ergebnisse hinsichtlich Knochenneubildung und -umbau wurden in der Gruppe mit 6 Mio expandierten MSC in Kombination mit 60 μg/ml BMP-2 in autologem Serum erzielt. Mit Hilfe einer real time PCR Analyse konnte eine Hochregulation von osteogenen Genen im Vergleich zur Fibringruppe gezeigt werden. In immunhistochemischen Färbungen konnten die neu gebildeten Knochenflächen mit Collagen I und Alkalischer Phosphatase detektiert werden. Mit Hilfe einer tartrat-resistenten sauren Phosphatase Färbung konnten Osteoklasten identifiziert und somit ein aktiver Prozess des Knochenumbaus gezeigt werden. In einem Pilotversuch wurde ein NanoBone^® Block in das AV-Loop Modell implantiert und zeigte nach 12 Wochen eine zunehmende Vaskularisation und Knochenneubildung.

Schlussfolgerung: Der nächste Schritt für weitere Studien sollte nunmehr die Transplantation eines neu gezüchteten vaskularisierten primär stabilen Knochenkonstruktes in einen Knochendefekt sein. Möglicherweise könnten hierdurch in Zukunft Limitationen von nicht vaskularisierten Knochentransplantationen sowie von klassischen vaskularisierten Knochentransfers überwunden werden. Im Gegensatz zum Einsatz von „prefabricated“ Lappenplastiken wird bei dieser Methode kein Muskel- und Knochengewebe verwendet, so dass nur eine geringe Hebemorbidität resultiert.