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68. Jahrestagung der Deutschen Gesellschaft für Unfallchirurgie
90. Tagung der Deutschen Gesellschaft für Orthopädie und Orthopädische Chirurgie
45. Tagung des Berufsverbandes der Fachärzte für Orthopädie in Zusammenarbeit mit dem Deutschen Verband für Physiotherapie – Zentralverband der Physiotherapeuten/Krankengymnasten

19. bis 23.10.2004, Berlin

Osteoblastenspezifische Biokompatibilitätsprüfung von Knochenersatzmaterialien in vitro

Meeting Abstract (DGU 2004)

  • presenting/speaker A. Peters - Universitätsklinikum Hamburg-Eppendorf, Experimentelle Unfallchirurgie, Hamburg
  • T. Schinke - Universitätsklinikum Hamburg-Eppendorf, Experimentelle Unfallchirurgie, Hamburg
  • A. Schilling - Universitätsklinikum Hamburg-Eppendorf, Experimentelle Unfallchirurgie, Hamburg
  • J. Rueger - Universitätsklinikum Hamburg-Eppendorf, Klinik für Unfall-, Hand- und Wiederherstellungschirurgie, Hamburg
  • M. Amling - Universitätsklinikum Hamburg-Eppendorf, Experimentelle Unfallchirurgie, Hamburg
  • W. Linhart - Universitätsklinikum Hamburg-Eppendorf, Klinik für Unfall-, Hand- und Wiederherstellungschirurgie, Hamburg

Deutsche Gesellschaft für Unfallchirurgie. Deutsche Gesellschaft für Orthopädie und orthopädische Chirurgie. Berufsverband der Fachärzte für Orthopädie. 68. Jahrestagung der Deutschen Gesellschaft für Unfallchirurgie, 90. Tagung der Deutschen Gesellschaft für Orthopädie und Orthopädische Chirurgie und 45. Tagung des Berufsverbandes der Fachärzte für Orthopädie. Berlin, 19.-23.10.2004. Düsseldorf, Köln: German Medical Science; 2004. Doc04dguN10-445

Die elektronische Version dieses Artikels ist vollständig und ist verfügbar unter: http://www.egms.de/de/meetings/dgu2004/04dgu0723.shtml

Veröffentlicht: 19. Oktober 2004

© 2004 Peters et al.
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Gliederung

Text

Fragestellung

Die Anwendung von Knochenersatzmaterialien zur Behandlung von knöchernen Defekten in der Unfallchirurgie und Orthopädie hat zunehmend an Bedeutung gewonnen. Dennoch ist bisher kein standardisiertes in vitro Modell zur Charakterisierung und Testung neuer Ersatzmittel etabliert. Hier wurde ein osteoblastenspezifisches Prüfsystem entwickelt, das eine umfassende Untersuchung von Biomaterialien vor deren Anwendung in Großtierexperimenten ermöglicht.

Methoden

Primäre Osteoblasten aus Mauscalvarien von drei Tage alten CD1 Mäusen wurden für 28 Tage auf 4 verschiedenen Materialien kultiviert: Eine Hydroxylapatitkeramik (HA), zwei Kalziumphosphatzemente (CaP1, CaP2) sowie Dentin als interne Kontrolle. Osteoblasten wurden außerdem in Abwesenheit einer Prüfsubstanz kultiviert. Zur Beurteilung der Zellproliferation- und differenzierung unter dem Einfluß der Ersatzmaterialien wurden die Osteoblasten nach 7, 14 und 28 Tagen untersucht. Der pH-Wert des Kulturmediums wurde jeden zweiten Tag gemessen. Die Kollagenproduktion der Zellen ließ sich mit der Van Gieson Färbung darstellen. Die mineralisierte extrazelluläre Matrix konnte mit der Versilberung nach von Kossa gezeigt werden. Zur Beurteilung des Interface zwischen Matrialoberfläche und Zellen wurden Schliffpräparate angefertigt. Die mRNA Expression von Osteocalcin (OC), Bone Sialo Protein (BSP) und alkalische Phosphatase (AP) wurde semi-quantitativ mittels RT-PCR gemessen.

Ergebnisse

Die Osteoblasten differenzierten auf allen Materialien. Sie zeigten positive Kollagen-Färbungen sowie eine spontane Mineralisierung der extrazellulären Matrix. Die Schliffpräparate wiesen auf jedem der 4 Materialien einen Multilayer von Osteoblasten mit direktem Kontakt zur Oberfläche auf. Die mRNA Analyse ergab eine schnellere Zelldifferenzierung auf den Knochenersatzmaterialien im Vergleich zu Dentin. Die Expression von OC und BSP konnte auf HA, CaP1 und CaP2 vom 7. bis zum 28. Tag des Experimentes nachgewiesen werden. AP war auf HA nur an Tag 7 und auf CaP1 nur an Tag 7 und 14 vorhanden. Hingegen zeigten die auf CaP2 kultivierten Osteoblasten eine kontinuierlich zunehmende Expression des Enzyms. Dieses Ergebnis war damit am besten mit der Kontrollkultur ohne Anwesenheit eines Biomaterials vergleichbar.

Schlussfolgerungen

Mit dem vorgestellten Untersuchungsmodell wurde ein realisierbares und reproduzierbares in vitro Verfahren entwickelt, das eine umfassende Charakterisierung neuer Knochenersatzmaterialien erlaubt. Es zeigt, daß Osteoblasten in einer Langzeitkultur auf allen getesteten Materialien proliferieren und differenzieren können. Die Schliffpräparate konnten ein grenzschichtfreies Zell-Prüfkörper-Interface aufzeigen. Insbesondere mit Hilfe der RT-PCR ließen sich Unterschiede bezüglich der Differenzierung der Zellen in Anwesenheit verschiedener Substanzen verdeutlichen. Diesem Verfahren ist eine wichtige Stellung im Rahmen von in vitro Biokompatibilitätsprüfungen neuer Ersatzstoffe einzuräumen.