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Ultrastrukturelle Untersuchungen nach knöchernem Defektaufbau mit resorbierbaren Calziumphosphat-Zementen im Schafsmodell
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Autoren
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Jens-Peter Stahl
- Klinik und Poliklinik für Unfallchirurgie am Universitätsklinikum Gießen, Rudolf-Buchheim-Straße 7, 35385, Gießen, Phone: 0641 99 44 600, Fax: 0641 99 44 609
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S. Wenisch
- Labor für Experimentelle Unfallchirurgie der Klinik und Poliklinik für Unfallchirurgie am Universitätsklinikum Gießen
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N. Wieghorst
- Klinik und Poliklinik für Unfallchirurgie, Universitätsklinikum Gießen
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R. Schnettler
- Klinik und Poliklinik für Unfallchirurgie, Universitätsklinikum Gießen
| Veröffentlicht: | 11. November 2003 |
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Gliederung
Text
Einleitung
Knochenersatzmaterialien, insbesondere Calciumphosphate, werden mehr und mehr in der Traumatologie und Orthopädie eingesetzt. Erkenntnisse über den zellvermittelten Abbau von Biomaterialoberflächen liefern wertvolle Informationen über die Materialeigenschaften und osteointegrativen Fähigkeiten der Implantate. Neben der Histologie und der Enzymhistochemie ermöglicht die Transmissionselektronenmikroskopie die detaillierte Charakterisierung der am Implantatabbau involvierten Zellen.
Methode
Es wurde bei 18 adulten Merino-Schwarzkopfschafen ein standadisierter Bohrlochdefekt unterhalb der linken, proximalen Tibiagelenkfläche geschaffen und mit zwei verschiedenen Calciumphosphat-Zementen (jeweils bei drei Tieren) aufgefüllt. Nach einer sechs-, 24- und 48wöchigen Implantationsperiode wurden die perfusionsfixierten Implantatproben der histologischen und transmissionselektronenmikroskopischen Untersuchungen zugeführt.
Ergebnisse
Die durch Dünnschlifftechnik erhobenen Befunde dokumentieren die zunehmende Substitution der Keramik durch lamellären Knochen. Mehrkernige, an der Knochen- und Implantatoberfläche lokalisierte Zellen wurden elektronenmikroskopisch als Osteoklasten klassifiziert. Neben ihrer Fähigkeit zur Bildung tiefer Resorptionslakunen, drückte sich ihre Identität in charakteristischen ultrastrukturellen Merkmalen aus - allen voran der Ausbildung von ruffled border und sealing zone. Das innerhalb der sealing zone lokalisierte filamentöse Aktin konnte immunhistochemisch nachgewiesen und die Osteoklasten damit eindeutig identifiziert werden. Wie die sealing zone ist die Ausbildung des ruffled border ausschließlich Osteoklasten vorbehalten und gilt daher auch als wichtiges morphologisches Merkmal zur Abgrenzung dieser Zellpopulation gegenüber mehrkernigen Riesenzellen. Darüberhinaus konnten Osteoklasten durch Färbung mit saurer Phosphatase dargestellt werden. Wie transmissionselektronenmikroskopische Befunde in vivo aufzeigen, findet der osteoklastenvermittelte Abbau einer CaP-Keramik durch gleichzeitige Resorption und Phagozytose statt. Hiernach sind die zellspezifischen Eigenschaften der Osteoklasten komplexer als ursprünglich angenommen.
Diskussion
Die Ergebnisse der vorliegenden Studie dokumentieren erstmalig auf ultrastruktureller Ebene den osteoklastenvermittelten Abbau einer CaP-Keramik in vivo durch gleichzeitige Resorption und Phagozytose. Implantatassoziierte und am natürlichen Knochenabbau beteiligte multinukleäre Osteoklasten weisen übereinstimmende morphologische Merkmale auf, allen voran die sealing zone und das ruffled border.
Die Ergebnisse der vorliegenden Studie dokumentieren erstmalig auf ultrastruktureller Ebene den osteoklastenvermittelten Abbau einer CaP-Keramik in vivo durch gleichzeitige Resorption und Phagozytose.
Schlüsselwörter
Resorbierbares Knochenersatzmaterial, Calciumphosphat-Keramik, Osteoklast, Ultrastuktur
