Article
Strontiumhaltige Knochenzemente für die lokale Behandlung osteoporotischer Knochendefekte
Search Medline for
Authors
Published: | October 2, 2012 |
---|
Outline
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.