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Fragestellung: Im Rahmen von Fusionsoperationen an der Wirbelsäule kann autologer Knochen als Fusionsträger nur in begrenztem Ausmaß gewonnen werden, sodass natürliche oder synthetische Knochenersatzmaterialien häufig zum Einsatz kommen. Diese Biomaterialien werden entweder alleine oder in Kombination mit Blut bzw. Knochenmarkaspirat implantiert, um die knöcherne Regeneration zu verbessern. Knochenmarkaspirat aus dem Darmbeinkamm enthält Osteoprogenitor-Zellen, die sich zu Osteoblasten differenzieren und die Knochenmasse am Fusionsort verbessern können. Aus der Literatur geht hervor, dass nur 0,001-0,01% der im Knochenmarkaspirat enthaltenen Stammzellen tatsächlich der mesenchymalen Fraktion angehören und damit zur Knochenregeneration befähigt sind [1]. Was implantieren wir also wirklich ?

Methodik: Drei verschiedene Biomaterialien (entmineralisierte Knochenmatrix DBX, ChronOS® und HealOS® ) wurden im Rahmen von Fusionsoperationen entsprechend der Herstellerangabe mit Knochenmarkaspirat imprägniert. Nach Abschluß der Präparation von Cage und Bandscheibenraum wurde das überschüssige Biomaterial im Labor analysiert. Die Stammzelldichte im Biomaterial wurde gemessen und das zellbesiedelte Biomaterial auf die Chorionallantoismembran befruchteter Hühnereier appliziert, um eine Transplantation in vivo zu simulieren.

Ergebnisse und Schlussfolgerung: Die meisten der im Biomaterial lokalisierten Zellen wurden als Erythrocyten identifiziert, mesenchymale Stammzellen stellten nur einen geringen Anteil der Zellpopulation dar. Der durchschnittliche Stammzellgehalt betrug 1,13 Zellen/mm² (ChronOS^®), 0,92 Zellen/mm2 (HealOS^®) bzw 0,008 Zellen/mm² (DBX, p<0,001). Obwohl die frisch besiedelten Biomaterialien eine gleichmäßige Verteilung der Zellen erkennen ließen, waren 3 Tage nach der Transplantation in vivo lediglich die äußeren Poren der Biomaterialien (ChronOS^® und HealOS^®) gefüllt. DBX ließ aufgrund der glatten Struktur keinerlei Interaktion mit den Zellen erkennen. Trotz der geringen Zelldichte waren vereinzelt Zellinseln erkennbar, die morphologisch jedoch mehr blutbildendem Knochenmark als Knochengewebe ähnelten. Auch eine Stimulation der Angiogenese im Chorionallantois-Modell konnte trotz der geringen Zelldichte erzielt werden.

Durch die Imprägnation der Knochenersatzmaterialien mit Knochenmarkaspirat können nur geringe Mengen an mesenchymalen Stammzellen am Fusionsort appliziert werden. Obwohl diese Konstrukte in der Lage sind, die Angiogenese zu stimulieren, scheint die Anzahl an transplantierten Stammzellen zu gering, um einen signifikanten Einfluss auf die Osteogenese zu haben. Eine Steigerung transplantierten Zellzahl durch Aufreinigung, Zentrifugation oder Expansion in Kultur scheint daher erforderlich, um die Osteogenese am Fusionsort weiter zu verbessern