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Deutscher Kongress für Orthopädie und Unfallchirurgie (DKOU 2012)

23.10. - 26.10.2012, Berlin

Strontiumhaltige Knochenzemente für die lokale Behandlung osteoporotischer Knochendefekte

Meeting Abstract

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  • presenting/speaker Matthias Schumacher - Technische Universität Dresden, Zentrum f. transl. Knochen-, Gelenk- u. Weichgewebeforschung, Dresden, Germany
  • Anja Lode - Technische Universität Dresden, Zentrum f. transl. Knochen-, Gelenk- u. Weichgewebeforschung, Dresden, Germany
  • Michael Gelinsky - Technische Universität Dresden, Zentrum f. transl. Knochen-, Gelenk- u. Weichgewebeforschung, Dresden, Germany

Deutscher Kongress für Orthopädie und Unfallchirurgie (DKOU 2012). Berlin, 23.-26.10.2012. Düsseldorf: German Medical Science GMS Publishing House; 2012. DocGR13-533

DOI: 10.3205/12dkou433, URN: urn:nbn:de:0183-12dkou4336

Veröffentlicht: 2. Oktober 2012

© 2012 Schumacher et al.
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Gliederung

Text

Fragestellung: Das im osteoporotischen Knochen gestörte Gleichgewicht von Knochenauf- und Abbau führt zu einem Verlust von Knochenmasse und einem erhöhten Frakturrisiko mit verminderter Selbstheilungskapazität. Die erfolgreiche Behandlung durch systemische Gaben Strontium-haltiger Präparate beruht auf einer Inhibierung der osteoklastären Resorption sowie auf einer Stimulation der osteoblastären Matrixsynthese durch Sr-Ionen. Durch Modifikation zweier Calciumphosphat-Knochenzemente (zu Hydroxylapatit, HA und Bruschit, BR abbindend) mit Strontium-Ionen soll eine lokale Freisetzung erreicht und damit die Wirksamkeit bei der Behandlung osteoporotischer Knochendefekte erhöht und gleichzeitig eventuelle Nebeneffekte reduziert werden.

Methodik: Als Ausgangsmaterialien wurden ein auf α-Tricalciumphosphat (TCP) basierender, zu Hydroxylapatit abbindender Knochenzement (CPC) nach Driessens [1] sowie ein β-TCP basierter, zu Bruschit abbindender Knochenzement (BRC) [2] verwendet. Durch Substitution von CaCO3 durch SrCO3 im Fall des CPC bzw. Ca- durch Sr-Ionen im β-TCP (BRC) wurden Zemente mit unterschiedlichen Sr-Gehalten hergestellt (Tabelle 1 [Tab. 1]) und mechanisch charakterisiert. Die Sr-Freisetzung in gepufferter Lösung wurde über 21 d mittels Atomabsorptionsspektroskopie (AAS) ermittelt.

Humane mesenchymale Stammzellen (hMSC) der 5. Passage wurden in α-MEM unter Zugabe von 9% FCS, 1% PS und 1% L-Glutamin mit und ohne osteogene Supplemente (5 mM β-Glycerophosphat, 5 µM Ascorbat-2-phosphat und 10 nM Dexamethason) sowie bis zu 10 mM Strontium (SrCl2) über 21 Tage kultiviert. Anschließend wurde die Proliferation sowie die osteogene Differenzierung ermittelt.

Ergebnisse und Schlussfolgerungen: Im Fall der CPC führte die Modifizierung mit Sr zu einer Erhöhung der mechanischen Festigkeit, wohingegen Sr-Substitution die Festigkeit der BRC verringerte (Abbildung 1a [Abb. 1]). Für beide Sr-Zemente ergab sich nach einem initial burst eine konstante Sr-Freisetzung in Abhängigkeit der Gesamtkonzentration (Abbildung 1b [Abb. 1]). Generell wurden aus BRC höhere Sr-Mengen freigesetzt, was auf die höhere physikalische Löslichkeit des Bruschit zurückzuführen ist. Die freigesetzten Sr-Mengen entsprechen rechnerisch Konzentrationen von 0,35 und 0,80 mM (CPC50 und CPC100) sowie 2,91, 3,16 und 3,24 mM für BRC07, BRC25 und BRC5.

In vitro wurde eine bei Sr-Konzentrationen von 10 mM verminderte Proliferation sowie eine unter 0,01 mM Sr und mehr gesteigerte osteogene Differenzierung (ALP-Aktivität) der Zellen beobachtet. Dies korreliert mit den aus modifizierten Zementen freigesetzten Sr-Mengen, weshalb ein positiver Einfluss dieser Modifikation auf die Matrixsynthese und somit auf die Knochenheilung erwartet wird.


Literatur

1.
Khairoun, et al. Effect of calcium carbonate on clinical compliance of apatitic calcium phosphate bone cement. J Biomed Mater Res. 1997;38:356-60.
2.
Alkhraisat, et al. Strontium modified biocements with zero order release kinetics. Biomaterials. 2008;29:4691-7.