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Fragestellung: Die Behandlung von großen Knochendefekten stellt eine Herausforderung für den Chirurgen dar. Daher ist die Entwicklung von neuen Tissue Engineering Strategien von hoher klinischer Relevanz. In vorklinischen Studien hat es sich als sehr wirksam erwiesen, die Zelltherapie mit dem Einsatz von Wachstumsfaktoren, wie z.B. BMP-2 (Bone Morphogenetic Protein -2), zu kombinieren. Ein Problem stellt allerdings die Verabreichungsform der Wachstumsfaktoren dar. Als rekombinante Proteine werden sie selbst in sehr hohen Mengen schnell vom Körper abgebaut und können so nur einen sehr kurz andauernden Wachstumsstimulus setzen. Deswegen werden Gentransfer-Technologien zunehmend auch im Bereich des Tissue Engineerings eingesetzt. Denn wird das Wachstumsfaktor-Gen in eine Zelle eingeschleust, dann produziert diese Zelle physiologische Mengen des Wachstumsfaktors über einen ausgedehnten Zeitraum und sorgt für einen lang anhaltenden Regenerationsstimulus. Bereits in zahlreichen Tierversuchen wurde gezeigt, dass große Knochendefekte durch die Implantation von BMP-2 produzierenden Zellen geheilt werden können. Leider ist die Methode aufwändig, zeitintensiv und teuer, da die Zellen erst entnommen, dann isoliert und schließlich über mehrere Wochen vermehrt werden müssen. Durch die vorliegende Studie sollte untersucht werden, ob Muskelgewebestücke, die mit einem adenoviralen BMP-2 Vector in Kontakt gebracht wurden, als osteoinduktive, regenerative Strukturen dienen können und ob somit das Isolieren und Vermehren von Zellen umgangen werden kann.

Methodik: Für das Experiment wurden 29 genetisch identische Fischer 344 Ratten verwendet. Ein Tier diente als Spender für Muskelgewebe. Mit Hilfe eines Mikrotoms und einer Hautbiopsie-Stanze wurde das Muskelgewebe in runde Scheiben einer standardisierten Größe (Durchmesser 4 mm, Höhe 1 mm) zerteilt. Ein Teil der Muskelscheiben blieb danach unbehandelt, die anderen Scheiben wurden mit einem adenoviralen Vector in Kontakt gebracht, der entweder ein Markergen (GFP, Green Flourescent Protein) oder das BMP-2 Gen überträgt. Alle Muskelscheiben wurden vor der Implantation in den Knochendefekt für mindestens 2 Tage in Nährmedium kultiviert.

Ein Defekt kritischer Größe (5 mm) wurde in den Femora von 28 Ratten geschaffen. Die osteotomierten Röhrenknochen wurden durch einen Fixateur interne stabilisiert. Entsprechend der Gruppenzuordnung wurde in die Knochendefekte entweder unmodifiziertes Muskelgewebe, GFP transduziertes Muskelgewebe, oder mit BMP-2 aktiviertes Muskelgewebe implantiert. Eine weitere Gruppe blieb unbehandelt (Leerdefekt). Nach 6 Wochen wurden die Femora radiologisch, histologisch und biomechanisch untersucht.

Ergebnisse und Schlussfolgerungen: Durch die Implantation von BMP-2 aktiviertem Muskelgewebe konnten die Knochendefekte schnell und effektiv geheilt werden. Sowohl das Knochenvolumen als auch die biomechanische Stabilität der BMP-2 Gruppe lagen im Bereich derer von intakten, kontralateralen Femora. Die Defekte aller drei Kontrollgruppen heilten nicht.