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67. Jahrestagung der Deutschen Gesellschaft für Unfallchirurgie
89. Tagung der Deutschen Gesellschaft für Orthopädie und Orthopädische Chirurgie
44. Tagung des Berufsverbandes der Fachärzte für Orthopädie

11. bis 16.11.2003, Messe/ICC Berlin

Der Einfluss von Osteocalcin auf die Materialeigenschaften und das in vivo-Verhalten eines Kalziumphosphat-Kollagen Komposit-Zementes.

Meeting Abstract (DGU 2003)

  • corresponding author Stefan Rammelt - Klinik für Unfall- und Wiederherstellungschirurgie, Universitätsklinikum "Carl Gustav Carus" der TU, Fetscherstr. 74, 01307, Dresden, Phone: 0351 458 3777, Fax: 0351 458 4307
  • M. Neumann - Unfall- und Wiederherstellungschirurgie, Universitätsklinikum "Carl Gustav Carus" der TU Dresden
  • A. Reinstorf - Institut für Werkstoffwissenschaft, TU Dresden
  • M. Gelinsky - Institut für Werkstoffwissenschaft, TU Dresden
  • A. Biewener - Unfall- und Wiederherstellungschirurgie, Universitätsklinikum "Carl Gustav Carus" der TU Dresden
  • H. Zwipp - Unfall- und Wiederherstellungschirurgie, Universitätsklinikum "Carl Gustav Carus" der TU Dresden

Deutsche Gesellschaft für Unfallchirurgie. Deutsche Gesellschaft für Orthopädie und orthopädische Chirurgie. Berufsverband der Fachärzte für Orthopädie. 67. Jahrestagung der Deutschen Gesellschaft für Unfallchirurgie, 89. Tagung der Deutschen Gesellschaft für Orthopädie und Orthopädische Chirurgie und 44. Tagung des Berufsverbandes der Fachärzte für Orthopädie. Berlin, 11.-16.11.2003. Düsseldorf, Köln: German Medical Science; 2003. Doc03dguD12-6

Die elektronische Version dieses Artikels ist vollständig und ist verfügbar unter: http://www.egms.de/de/meetings/dgu2003/03dgu0351.shtml

Veröffentlicht: 11. November 2003

© 2003 Rammelt et al.
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Gliederung

Text

Fragestellung

Untersuchung des Effektes von Osteocalcin, einem nichtkollagenen Matrixprotein, auf das in vitro- und in vivo-Verhalten eines Kalziumphosphat-Kollagen-Komposites. Osteocalcin wird eine wichtige Rolle bei der Knochenneubildung (Osteoblastenregulation, Hydroxylapatit-Bindung) zugeschrieben.

Methoden

Ein unter physiologischem pH und bei Raumtemperatur aushärtender CaP-Zement wurde mit 3 vol% Kollagen Typ I versetzt. Einer Implantatgruppe wurden zusätzlich 10µg Osteocalcin (OC) zugesetzt. Die ausgehärteten zylindrischen Probenkörper (2.5 x 6 mm) wurden in einen Stanzdefekt in der Tibiametaphyse von adulten Wistar-Ratten implantiert. Die Tibiae von jeweils 6 Tieren wurden nach 2, 7, 14, 28 und 56 d gewonnen. Nach Formalinfixierung und EDTA-Entkalkung erfolgte die histologische Auswertung mittels HE, Goldner sowie immunhistochemischen Methoden. Beide Probenkörper wurden zudem 2 h mit Osteoblasten-ähnlichen Zellen (SaOS-2) besiedelt. Diese wurden fluoreszenzmikroskopisch mittels Rhodamin-Phalloidin-Färbung dargestellt.

Ergebnisse

Die Hinzufügung von 10 µg OC führte beim Abbinden des CaP-Zementes zur Bildung eines nanokristallinen Hydroxylapatits (200nm), während die unmodifizierten Implantate eine typische Hydroxylapatit-Mikrostruktur (500-1000nm) aufwiesen. Rasterelektronenmikroskopisch imponierte eine feste OC-Adsorption. In vitro zeigte sich eine beschleunigte initiale Adhärenz der SaOS-Zellen auf den OC-modifizierten Oberflächen. Im Tierexperiment wurde am 2. Tag um beide Probenkörper eine zellreiche Interface gesehen. Direkt um die OC-Implantate waren bereits einzelne Osteoklasten (TRAP-positiv) und Osteoblasten (positiv für Osteonectin und Bone Sialoprotein) nachweisbar. Am 7. Tag wurden deutlich mehr Osteoblasten und Osteoklasten um die OC-Implantate gesehen. Junger Lamellenknochen bildete sich um beide Implantate. Am 14. Tag fand sich um die OC-Implantate ein neugebildeter Osteoidsaum, um die Kontrollen eine kräftigere zellreiche Interface. Ab dem 28. Tag reichte trabekulärer Knochen in beiden Gruppen an die Probenkörper heran. Um die Kontroll-Implantate fand sich eine schmale bindegewebige Interface, diese war um die OC-Implantate inkonstant, wo vorhanden jedoch reich an Osteoblasten und Osteoklasten. Die quantitative Analyse (Zellzahl pro Zählkammer) des intrazellulären Osteoklasten-Markers TRAP ergab eine signifikant höhere Zellzahl um die OC-Gruppe am 7. Tag, um die Kontroll-Gruppe hingegen am 14. Tag (p<0.05, t-Test).

Schlussfolgerungen

Die Hinzufügung von Osteocalcin führt in vitro zu einer vermehrten Zelladhäsion, in vivo zu einer deutlichen Beschleunigung und qualitativ verbesserten knöchernen Einheilung von CaP-Kollagen-Kompositen. Das frühere und vermehrte Auftreten von resorptiven und osteogenen Zellen spricht hierbei für ein intensiveres Knochenremodeling. Die Aufbringung Osteoblasten-assoziierter Matrixproteine eröffnet neue Möglichkeiten bei der Verbesserung der Eigenschaften von Knochenersatzstoffen