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Deutscher Kongress für Orthopädie und Unfallchirurgie
71. Jahrestagung der Deutschen Gesellschaft für Unfallchirurgie, 93. Tagung der Deutschen Gesellschaft für Orthopädie und Orthopädische Chirurgie und 48. Tagung des Berufsverbandes der Fachärzte für Orthopädie und Unfallchirurgie

24. - 27.10.2007, Berlin

Etablierung einer Beschichtungstechnik zur Modifikation der Proteinfreisetzung aus Kalziumphosphat-Keramiken

Meeting Abstract

  • E. Wernike - Universität Bern, Departement Klinische Forschung, Bern, Switzerland
  • W. Hofstetter - Universität Bern, Departement Klinische Forschung, Bern, Switzerland
  • K.-A. Siebenrock - Inselspital, Klinik für Orthopädische Chirurgie, Bern, Switzerland
  • F.M. Klenke - Inselspital, Klinik für Orthopädische Chirurgie, Bern, Switzerland

Deutscher Kongress für Orthopädie und Unfallchirurgie. 71. Jahrestagung der Deutschen Gesellschaft für Unfallchirurgie, 93. Tagung der Deutschen Gesellschaft für Orthopädie und Orthopädische Chirurgie, 48. Tagung des Berufsverbandes der Fachärzte für Orthopädie. Berlin, 24.-27.10.2007. Düsseldorf: German Medical Science GMS Publishing House; 2007. DocE28-959

Die elektronische Version dieses Artikels ist vollständig und ist verfügbar unter: http://www.egms.de/de/meetings/dkou2007/07dkou141.shtml

Veröffentlicht: 9. Oktober 2007

© 2007 Wernike et al.
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Gliederung

Text

Fragestellung: Die Verwendung osteogener Wachstumsfaktoren, wie z.B. BMP-2, in Verbindung mit biokompatiblen Knochenersatzmaterialien stellt eine viel versprechende Alternative zur Transplantation von autologem oder allogenem Knochen dar. Bisher wurden Wachstumsfaktoren zumeist an die Oberfläche solcher Materialien adsorbiert, was in einer umgehenden Freisetzung der Proteine resultiert. In Verbindung mit der kurzen biologischen Aktivität von Wachstumsfaktoren führt dies zu einer eingeschränkten Bioverfügbarkeit der eingesetzten Proteine. Ziel dieser Studie war die Etablierung einer Technik zur Proteinbeschichtung von Kalziumphosphat basierten Biomaterialien, die die passive Freisetzung reduziert und eine andauernde Proteinabgabe ermöglicht.

Methodik: Tritium markiertes bovines Serumalbumin ([3H]-BSA, 10µg/ml, 1µg/ml, 0.1µg/ml) wurde (i) in wässriger Lösung an biphasische Kaliziumphosphat Keramiken (80% HA, 20% β-TCP) adsorbiert und (ii) in einer übersättigten Kalziumphosphat Lösung auf den Keramiken ko-präzipitiert. Zur Quantifizierung des aufgenommenen [3H]-BSA wurden die Keramiken in 1M HCL aufgelöst und die Radioaktivität der Lösung mit Flüssigszintillation bestimmt. Die passive Freisetzung von [3H]-BSA wurde über einen Zeitraum von 19 Tagen nach Inkubation beschichteter Keramiken in α-MEM Kulturmedium analysiert. Vor und nach Durchführung der Beschichtungen erfolgte eine Analyse der Oberflächenmorphologie mit Rasterelektronenmikroskopie.

Ergebnisse: Elektronenmikroskopisch zeigte sich, dass die [3H]-BSA-Kalziumphosphat Ko-Präzipitation zur Bildung einer kristallinen Kalziumphosphat Schicht auf dem Ausgangsmaterial führte. Nach Adsorption von [3H]-BSA ließen sich keine strukturellen Veränderungen der Keramikoberfläche nachweisen. Die Proteinaufnahme durch die Keramiken war nach Adsorption signifikant höher als nach Ko-Präzipitation (1µg/ml [3H]-BSA: 30.7±5.6% vs. 21.3±1.9%, p=0.003). Nach Adsorption wurden innerhalb des untersuchten Zeitraumes von 19 Tagen 71.7 ±5.3% des aufgenommenen Proteins freigesetzt (63.0 ± 6.0% innerhalb der ersten 4 Tage). Die Ko-Präzipitation mit Kalziumphosphat führte zu einer signifikanten Reduktion der passiven [3H]-BSA Freisetzung. Über den gesamten Untersuchungszeitraum wurden lediglich 12.5±2.0% des gebunden [3H]-BSA in das Medium abgegeben (10.1±2.3 % innerhalb der ersten 4 Tage, p<0.001 Adsorption vs. Ko-Präzipitation).

Schlussfolgerungen: Mit Hilfe der Ko-Präzipitationstechnik konnte eine signifikante Reduktion der raschen, passiven Freisetzung von [3H]-BSA aus Kaliziumphosphatkeramiken im Vergleich zur konventionellen Adsorption erzielt werden. Das nach 19 Tagen Inkubation noch in den Keramiken vorhandene Protein steht somit für eine langfristige zellvermittelte Freisetzung zur Verfügung. Die Protein-Kalziumphosphat Ko-Präzipitation besitzt das Potential die Bioverfügbarkeit von Wachstumsfaktoren zu verbessern und die Effektivität des Einsatzes von Wachstumsfaktoren zu steigern.