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Deutscher Kongress für Orthopädie und Unfallchirurgie (DKOU 2012)

23.10. - 26.10.2012, Berlin

Stimulation des Knochenwachstums durch BMP-2-Beschichtung von Bioglas-Implantaten: BMP-2 Beschichtungstechnologie

Meeting Abstract

  • presenting/speaker Kristin Zurlinden - Morphoplant GmbH, Bochum, Germany
  • Markus Laub - Morphoplant GmbH, Bochum, Germany
  • Markus Lindner - Universitätsklinikum Aachen, Aachen, Germany
  • Horst Fischer - Universitätsklinikum Aachen, Aachen, Germany
  • Christian Müller-Mai - St. Marien Hospital, Lünen, Germany
  • Herbert P. Jennissen - Universitätsklinikum Essen, Essen, Germany

Deutscher Kongress für Orthopädie und Unfallchirurgie (DKOU 2012). Berlin, 23.-26.10.2012. Düsseldorf: German Medical Science GMS Publishing House; 2012. DocGR11-826

DOI: 10.3205/12dkou417, URN: urn:nbn:de:0183-12dkou4178

Veröffentlicht: 2. Oktober 2012

© 2012 Zurlinden et al.
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Gliederung

Text

Fragestellung: Synthetische Knochenersatzmaterialien zeichnen sich gegenüber dem Goldstandard autologer Knochen zwar durch eine bessere Verfügbarkeit aus, besitzen jedoch nicht dessen osteoinduktive Eigenschaften. Durch die Beschichtung des synthetischen Knochenersatzmaterials Bioglas mit dem osteoinduktiven Protein bone morphogenetic protein 2 (BMP-2) sollen unphysiolgisch hohe Konzentrationen vermieden und diese Lücke geschlossen sowie die klinische Anwendbarkeit deutlich verbessert werden.

Methodik: Humanes BMP-2 wurde rekombinant in E.coli hergestellt und zur hydrophilen oder hydrophoben Beschichtung eingesetzt. Adsorption und kontrollierte Freisetzung des immobilisierten Proteins wurde mittels 125-Iod markiertem BMP-2 quantifiziert. Die biologische Aktivität des freigesetzten BMP-2 wurde über die Induktion der alkalischen Phosphatase in MC3T3-E1-Zellen (in vitro) bestimmt. Der Einsatz der BMP-2 beschichteten Biogläser in einem standardisierten Tiermodell (Stimulation des Knochenwachstums im distalen Kaninchenfemur).

Ergebnisse und Schlussfolgerungen: In Abhängigkeit von der BMP-2-Konzentration in der Inkubationslösung können bis zu 8 µg BMP-2/cm² auf der Oberfläche der Bioglas-Proben immobilisiert werden. Auf metallischen Implantaten führt diese Menge in vivo zu einer signifikanten Zunahme der Knochendichte und des bone implant contact (BIC). Die Desorption des immobilisierten Proteins von den Biogläsern erfolgt nach einem Zweiphasen-Zerfallsmodell mit exponentieller Freisetzung: Einer initialen burst phase (Halbwertszeit 0,5 d), in der bis zu 50% des Proteins freigesetzt werden, folgt in Abhängigkeit von der Art der Immobilisierung eine zweite langsamere Phase (HWZ 20-50 Tage). Trotz der sehr hohen Bindungskonstanten von 1012 Mol-1 zeigt das freigesetzte BMP-2 in vitro einen K0.5-Wert von ca. 20 nM. Dieser Wert ist ein Maß für die gute biologische Aktivität des freigesetzten BMP-2. Im Tiermodell wird das BMP-2 in den das Implantat umgebenden Spalt abgegeben. In der zweiten Phase der Freisetzung beträgt die Konzentration des desorbierten BMPs in diesem Spalt 20-400 nM. So kann das Knochenwachstum über einen Zeitraum von mehreren Wochen kontinuierlich im physiologischen Konzentrationsbereich stimuliert werden.

Die hier vorgestellten Daten zeigen, dass die mit BMP-2 beschichteten Biogläser alle Voraussetzungen für einen erfolgreichen klinischen Einsatz beim Knochenaufbau und in der Endoprothetik besitzen. Eine Darstellung des in vivo Einsatzes dieser Biogläser mit osteoinduktiven Eigenschaften erfolgt im Parallelbeitrag von Christian Müller-Mai.

Diese Untersuchung wurde vom BMBF unter dem Förderkennzeichen 03G0712D gefördert.