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Die Porosität kann die Proliferation und osteogene Differenzierung humaner Stammzellen auf beta-TCP beeinflussen: eine in vitro und in vivo Studie
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Authors
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P. Kasten
- Orthopädische Universitätsklinik Heidelberg, Sektion für Schulter- und Ellenbogenchirurgie, Heidelberg, Germany
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I. Beyen
- Orthopädische Universitätsklinik Heidelberg, Sektion experimentelle Orthopädie, Heidelberg, Germany
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R. Luginbühl
- Dr.h.c. Robert Mathys Foundation, Skeletal Substitutes, Bettlach, Switzerland
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P. Niemeyer
- Universitätsklinikum Freiburg, Abteilung für Orthopädie und Traumatologie, Freiburg, Germany
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W. Richter
- Stiftung Orthopädische Universitätsklinik Heidelberg, Sektion experimentelle Orthopädie, Heidelberg, Germany
| Published: | October 9, 2007 |
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Fragestellung: Die Knochenregeneration kann mit einer Kombination von mesenchymalen Stammzellen (MSC) und Knochenersatzstoffen beschleunigt werden. Es gibt keine Daten zum Einfluss der Porengröße und der Form der Poren auf die Proliferation und osteogene Differenzierung humaner Stammzellen auf einer sehr häufig verwendeten resorbierbaren Keramik, dem β-Trikalziumphosphat (TCP).
Methoden: Deshalb untersuchten wir drei unterschiedliche Porengrößen und -Verteilungen von β-TCP Festkörpern: Cerasorb® mit einer Gesamtporosität von 25% (M1), Cerasorb-M® (beide Curasan, Kleinostheim, Germany) mit 65% (M2) und ein β-TCP der Dr. hc. Robert Mathys Stiftung (Bettlach, Schweiz) mit 85% (M3). 2 x 105 MSC wurden auf die Knochenersatzstoffe aufgebracht und über 21 Tage in osteogenem Medium gehalten. Für die in vivo Untersuchung wurden Zell beladene Träger und leere Träger als Kontrolle subcutan in SCID Mäuse implantiert.
Ergebnisse: Die Besiedlungseffizienz variierte von 71% auf M1 (SD 20.8%) und 71% auf M2 (SD 26.5%) bis 80% (SD 22.5%) auf M3 (ns). Die Proteinkonzentration nahm auf M2 und M3 über 21 Tage signifikant zu (p<0,025), nicht jedoch auf M1. Die spezifische alkalische Phosphatase (ALP) Aktivität nahm in vitro auf allen drei Materialien signifikant zu (p<0,01), es waren jedoch an Tag 21 keine signifikanten Gruppenunterschiede vorhanden. In vivo sahen wir die höchsten Werte auf M2 (p<0,037), gefolgt von M3 (p<0,037). Histologisch ließen sich stärkere Kalzifizierungen in M2 (in 5 von 7 Präparaten) und M3 (in 6 von 8) als in M1 (in 0 von 7) nachweisen. Die Kalzifizierung waren entsprechend einer in situ Hybridisierung um humane Zellen gelegen.
Schlussfolgerung: Die Porosität beeinflusste die osteogene Differenzierung nicht in vitro, jedoch signifikant in vivo. Die reine Porosität, welche in M3 am höchsten war, scheint aber nicht der alleinig wichtige Parameter zu sein, sondern auch die Verteilung und Form der Poren.
