gms | German Medical Science

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

Resorption von Knochenersatzmaterialien durch humane Osteoklasten

Meeting Abstract (DGU 2004)

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  • S. Filke - Universitätsklinikum Hamburg-Eppendorf, Unfall-, Hand- und Wiederherstellungschirurgie, Hamburg
  • A. Schilling - Universitätsklinikum Hamburg-Eppendorf, Unfall-, Hand- und Wiederherstellungschirurgie, Hamburg
  • J. Rueger - Universitätsklinikum Hamburg-Eppendorf, Unfall-, Hand- und Wiederherstellungschirurgie, Hamburg
  • M. Amling - Universitätsklinikum Hamburg-Eppendorf, 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. Doc04dguQ1-325

Die elektronische Version dieses Artikels ist vollständig und ist verfügbar unter: http://www.egms.de/de/meetings/dgu2004/04dgu1029.shtml

Veröffentlicht: 19. Oktober 2004

© 2004 Filke et al.
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Gliederung

Text

Fragestellung

Biomaterialien der dritten Generation werden mit dem Ziel entwickelt, dass ihre Implantation dem Körper hilft sich selbst zu heilen. Eine erwünschte Eigenschaft für Knochenersatzmaterialien ist daher die Fähigkeit am physiologischen Remodelingprozeß des Knochens teilzunehmen. Sie müssen von Osteoklasten resorbiert werden können, um nachfolgend von Osteoblasten durch neuen Knochen ersetzt zu werden. Bisher ist die einzige Möglichkeit, diese Eigenschaft zu testen der Tierversuch mit all seinen Problemen wie Ethik, speziesspezifischen Merkmalen, Kosten und begrenzter Übertragbarkeit auf den Menschen. Um diese Probleme zu lösen, haben wir einen in vitro Assay entwickelt, charakterisiert und standardisiert, der die Kultivierung humaner Osteoklasten direkt auf Biomaterialien erlaubt.

Methoden

Osteoklasten-Vorläuferzellen wurden über eine Dichtegradienten-Zentrifugation aus humanem Knochenmark und peripherem Blut aufgereinigt und unter Anwesenheit der Cytokine M-CSF und RANKL über 4 Wochen auf PMMA und Calcium-Phosphat Zement kultiviert. Zeitgleiche Kulturen auf Dentin dienten als interner Standard. Die Kulturen wurden morphologisch, über ein molekulares Expressionsprofil und funktionell im Pit Assay charakterisiert. Eine Quantifizierung der Resorptionsleistung erfolgte über Rasterelektronenmikroskopie der resorbierten Oberfläche mit anschließender Computer-unterstützter Bildanalyse.

Ergebnisse

Der hier vorgestellte Assay liefert homogene Kulturen multinucleärer Zellen, die die spezifischen Marker von Osteoklasten exprimieren (Carboanhydrase II (CA2), Calcitonin-Rezeptor (CTR), Tartratresistente saure Phosphatase (TRAP)), und Knochen resorbieren. Die Verwendung von Dentin als internem Standard erlaubt eine relative Quantifizierung der Resorption eines beliebigen Biomaterials im Verhältnis zu normaler Osteoklastenaktivität auf Knochen. Dieses wird demonstriert durch eine "Iso-Knochen" Resorbierbarkeit eines klinisch genutzten Calcium-Phosphat Zementes im Vergleich zu unresorbierbarem PMMA.

Schlussfolgerungen

Wir stellen hier ein Modell-System vor, dass eine standardisierte Messung der Resorbabilität von Biomaterialien durch humane Osteoklasten erlaubt. Dieses System vermindert die Anzahl notwendiger Versuchstiere im Laufe der Entwicklung neuer Knochenersatzmaterialien und ermöglicht bereits vor der klinischen Verwendung eine Testung des Biomaterials im humanen System. Molekular auf spezifische zelluläre Reaktionen und individuelle Besonderhieten des einzelnen Patienten maßgeschneiderte Biomaterialien versprechen große Fortschritte für die Zukunft der Implantatologie. Der klinisch tätige Unfallchirurg, der Ingenieur in der biomedizinischen Forschung und vor allem der Patient könnten von der Verfügbarkeit und Nutzung eines präklinischen Testsystems für die Beurteilung der Resorptionsqualität profitieren. Der hier vorgestellte Assay erlaubt diese Beurteilung und ermöglicht damit die Auswahl der besten Knochenersatzmaterialien für ihren Einsatz im menschlichen Körper.