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Einleitung: Ein großes Problem bei der Anwendung von Knochenersatzstoffen stellt die fehlende Vaskularisierung und schlechte Biokompatibilität des Implantats dar. Eine gute Gewebeintegration ist aber von besonderer Bedeutung, um eine dauerhafte Vitalität und Funktionalität des implantierten Biomaterials zu erreichen. NanoBone^® repräsentiert ein vollsynthetisches hochporöses nanokristallines Knochenaufbaumaterial mit hohem osteokonduktivem und osteoinduktivem Potential, welches im Rahmen des physiologischen „Bone Remodellings“ vollständig biodegradiert wird. Da bisher die mikrovaskuläre Antwort auf NanoBone^® nicht bekannt ist, untersuchten wir im Modell der Rückenhautkammer der Maus die inflammatorische und angiogene Wirkung dieses Biomaterials nach Implantation.

Material und Methoden: Mittels intravitaler Fluoreszenzmikroskopie wurde über einen Zeitraum von 15 Tagen Angiogenese, Mikrohämodynamik und Leukozyten-Endothelzell-Interaktion des Empfängergewebes quantitativ analysiert. Hierzu wurde männlichen C57BL/6J Tyr Mäusen unter Ketamin/Xylazin-Anästhesie (90/25 mg/kg ip) eine Rückenhautkammer präpariert, in die 3 Tage später die Materialien implantiert wurden. NanoBone^® wurde sowohl als Plättchen (P, n=6) als auch in Granulatform (G, n=4) implantiert. Isogen transplantiertes Spongiosagewebe (S, n=4) diente als Standard. Die nachfolgende in vivo Mikroskopie erfolgte repetitiv 20 min, 3, 5, 7, 10 und 15 Tage nach Implantation im Randbereich und Zentrum des Implantats als auch im peripheren Kammergewebe. Des Weiteren wurde die Anzahl Angiogenese-positiver Felder bestimmt und zusätzlich die Gefäßdichte in diesen Feldern analysiert. Zur weiteren Charakterisierung der Biointegrität des Implantats diente die histologische Bewertung des Gewebes am Tag 15 nach Implantation. Mittelwerte ± Standardfehler des Mittelwertes. ANOVA mit nachfolgendem Paarvergleich (*p<0,05 vs. P; ^# p<0,05 vs. S).

Ergebnisse: Sowohl NanoBone^®-Granulat als auch NanoBone^®-Plättchen sind durch gute Biokompatibilität, vergleichbar der von spongiösem Knochen, gekennzeichnet, was sich in einer fehlenden venulären Leukozyten-Akkumulation zu allen Untersuchungszeitpunkten widerspiegelt. Erste Zeichen von Angiogenese konnten bereits am 5. Tag nach Implantation der Biomaterialien nachgewiesen werden. Diese waren charakterisiert durch kapillare Gefäßaussprossungen im Randbereich der Implantate, die bis zum 15. Tag ein dichtes, mikrovaskuläres Netzwerk ausbildeten. Während beim Granulat -im Gegensatz zum Plättchen- eine schwache angiogene Reaktion im Zentrum beobachtet werden konnte (Tag 7, [cm/cm²], G 36±14; P 5±3), ergaben sich bei der Analyse der randständigen Angiogenese deutlichere Unterschiede. Bereits 7 Tage nach Implantation beider Materialien zeigten ca. 65-80% der randständig gelegenen Felder klare Zeichen der Angiogenese, jedoch war die Gefäßdichte beim NanoBone^®-Granulat gegenüber dem Plättchen und der Spongiosa (Tag 7, [cm/cm²], G 713±59*^#, P 462±28, S 357±10) signifikant erhöht. Im Gegensatz zu den synthetischen Materialien ist die angiogene Antwort im Zentrum der Spongiosa wesentlich stärker ausgeprägt, was sich durch eine Vielzahl Angiogenese-positiver Felder (Tag 7, [%], S 61±7*, G 23±8, P 2±1) sowie einer erhöhten Gefäßdichte (Tag 7, [cm/cm²], S 126±13*, G 36±14^#, P 5±3) im Zentrum zeigte. Histologisch konnte im Randbereich der Implantate die Ausbildung eines gut vaskularisierten Granulationsgewebes nachgewiesen werden.

Schlussfolgerung: In der vorliegenden Studie konnten wir zeigen, dass NanoBone^® in Granulatform ein Knochenaufbaumaterial mit geringem inflammatorischem Potential und stark angiogener Wirkung ist und somit optimale Bedingungen für die Neubildung von Knochen in Defekten schafft. Diese Ergebnisse zeigen weiterhin, dass, neben der Zusammensetzung und Nanostruktur von Implantaten, auch die Makrostruktur Einfluss auf die Inkorporation des implantierten Biomaterials im Empfängergewebe hat.