gms | German Medical Science

Deutscher Kongress für Orthopädie und Unfallchirurgie (DKOU 2012)

23.10. - 26.10.2012, Berlin

Verbesserte Knochenneubildung und -reifung durch humane bone marrow-derived mononuclear cells (BMC) beschleunigt Knochendefektheilung in der Ratte

Meeting Abstract

  • presenting/speaker Caroline Seebach - Johann Wolfgang Geothe Universität, Klinik für Unfall-, Hand- und Wiederherstellungschirurgie, Frankfurt, Germany
  • Dirk Henrich - Johann Wolfgang Geothe Universität, Klinik für Unfall-, Hand- und Wiederherstellungschirurgie, Frankfurt, Germany
  • Alexander Schaible - Johann Wolfgang Geothe Universität, Klinik für Unfall-, Hand- und Wiederherstellungschirurgie, Frankfurt, Germany
  • Halvard Bönig - Institut für Transfusionsmedizin und Immunhämatologie, Klinikum der Goethe-Universität, DRK-Blutspendedienst Baden Württemberg - Hessen, Frankfurt am Main, Germany
  • Ingo Marzi - Johann Wolfgang Geothe Universität, Klinik für Unfall-, Hand- und Wiederherstellungschirurgie, Frankfurt, Germany

Deutscher Kongress für Orthopädie und Unfallchirurgie (DKOU 2012). Berlin, 23.-26.10.2012. Düsseldorf: German Medical Science GMS Publishing House; 2012. DocGR19-753

DOI: 10.3205/12dkou495, URN: urn:nbn:de:0183-12dkou4955

Veröffentlicht: 2. Oktober 2012

© 2012 Seebach et al.
Dieser Artikel ist ein Open Access-Artikel und steht unter den Creative Commons Lizenzbedingungen (http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/deed.de). Er darf vervielfältigt, verbreitet und öffentlich zugänglich gemacht werden, vorausgesetzt dass Autor und Quelle genannt werden.


Gliederung

Text

Fragestellung: Die zellbasierte Therapie mit kultivierten Stammzellen (Mesenchymale Stammzellen(MSC), endotheliale Progenitorzellen(EPC)) im Knochendefektmodell der Ratte zeigte bereits eine verbesserte Vaskularisierung und Knochenneubildung. Die Methode ist jedoch klinisch mit Nachteilen behaftet, wie lange Prozessphase durch die Kultivierung von Zellen, hohen Kosten und prinzipiell möglichen genetischen Veränderungen aufgrund einer intensiven in vitro Expansion der MSC. Eine andere, heterogene Knochenmarkzellpopulation, die sogenannte humane bone marrow-derived mononuclear cells (BMC), wird bereits klinisch verwendet und zeigt eine verbesserte Vaskularisierung in ischämischen Gliedmaßen oder im Myokard. In einem etablierten Verfahren (Paul-Ehrlich-Institut) werden BMC durch Knochenmarksaspiration entnommen, mittels Zentrifugation isoliert, gewaschen, aufgereinigt und dem Patienten innerhalb von einigen Stunden zurückgegeben.

Das Ziel dieser Studie ist es, die Förderung der Knochenneubildung durch aufgereinigte BMC im Vergleich zur Kombination von EPC/MSC im Femurdefektmodell der Ratte in vivo zu testen. Dafür wird der Defekt mit synthetischem b-Tricalciumphosphat (TCP) aufgefüllt, welches zuvor entweder nicht (Kontrollgruppe) oder mit kultivierten Stammzellen (EPC/MSC) oder mit konzentriertem Knochenmark (BMC) besiedelt wurde.

Methodik: Nach Genehmigung der Ethikkommission bzw. des Regierungspräsidiums wurden humane EPC aus Buffy-Coat und MSC bzw BMC aus Knochenmarkaspirat durch Dichtezentrifugation isoliert. 1,0x106 Zellen/750 µl b-TCP (0.7-1.4 mm)wurden ausgesät. Das Femur von athymischen, männlichen Ratten wurde osteotomiert, ein 6mm Knochendefekt erzeugt und mit Fixateur interne stabilisiert. Die Knochendefekte wurden mit jeweils 100 µl b-TCP (Gr.1), b-TCP+EPC/MSC (Gr.2) oder b-TCP+BMC (Gr.3) gefüllt. Nach 8 Wochen wurden die Ratten (n=24) getötet und die Knochenneubildung (HE-Färbung) semiquantitativ mittels Histomorphometrie sowie qualitativer Auswertung analysiert. Außerdem erfolgte die radiologische Evaluation (µCT) und die biomechanische Prüfung (4-Punkte-Biegungstest). Für die statistische Analyse wurde der Kruskal-Wallis-Test verwendet.

Ergebnisse und Schlussfolgerungen: 8 Wochen nach der Implantation von EPC/MSC sowie von BMC zeigte sich histologisch signifikant mehr Knochenneubildung (Area:9.4*105 pixel;9.3*105 pixel; p<0.05) als in der Vergleichsgruppe (6.3*105 pixel). Im Gegensatz zur Kontrollgruppe war in Gruppe 2 und 3 die knöcherne Überbrückung des Defekt sichtbar. In der Kontrollgruppe zeigte sich vermehrt noch Knochenvorstufen mit Knorpelzellen und Osteoid. Deutlich weniger Knorpelzellen waren in der BMC-Gruppe erkennbar. Insgesamt war die Knochenneubildung in der EPC/MSC-Gruppe am weitesten fortgeschritten.

Erstmals konnte gezeigt werden, daß aufgereinigte BMC die Knochenneubildung und -reifung innerhalb eines Knochenkonstrukts in vivo stimulieren, was zu einer Verbesserung der Knochenheilung im Knochendefektmodell führt, so daß sie für die klinische Anwendung geeignet sind.