gms | German Medical Science

Fragestellung: Atrophe Pseudarthrosen stellen ein klinisches Problem dar. Ihre Heilung kann durch Wachstumsfaktoren unterstützt werden. Mineral Coated Microparticles (MCM) sind Elektrolyt-beschichtete Hydroxyapatit(HA)-Partikel, die Wirkstoffe elektrostatisch binden und prolongiert freisetzen. In vitro wurde ihre Freisetzungskinetik u.a. für bone morphogenetic protein-2 (BMP-2) untersucht (Yu et al., 2014). Unklar ist, ob MCM als Träger von BMP-2 auch in vivo bei Pseudarthrosen genutzt werden können.

Methodik: In CD-1 Mäusen (n=48; 35 ± 3g; 9-14 Wochen alt) wurden standardisiert atrophe Pseudarthrosen induziert (Garcia et al., 2008). Tiere der ersten Gruppe (MCM+BMP; n=16) erhielten BMP-2 beschichtete MCM (10µg BMP-2/mg MCM; 2mg MCM/Tier). Die zweite Gruppe (MCM; n=16) erhielt unbeschichtete MCM (2mg MCM/Tier). Tiere der dritten Gruppe (NONE; n=16) erhielten keine MCM. Die Knochenheilung wurde 14 und 70 Tage postoperativ untersucht. Mittels 3-Punkt-Biegung wurde die Biegesteifigkeit des Knochens (N/mm) analysiert. Die Quantifizierung von Knochenvolumen (BV; mm³) und -dichte (BMD; g HA/cm³) erfolgte durch Mikro-Computertomographie (µCT). Kalluszusammensetzung (cm² Knochen-/Knorpelgewebe) und knöcherne Überbrückung (modifizierter Goldberg-Score) wurden histomorphometrisch (Masson-Goldner) evaluiert. Die statistische Auswertung erfolgte mittels ANOVA (Signifikanzniveau p<0,05).

Ergebnisse und Schlussfolgerung: MCM mit BMP-2-Beschichtung steigerte signifikant die Biegesteifigkeit nach 14d (MCM+BMP: 2,2 ± 0,4; MCM: 0,2 ± 0,01; NONE: 0,1 ± 0,01; p<0,001) und 70d (17,2 ± 7,9; 0,4 ± 0,3; 0,9 ± 0,6; p<0,001).

In der µCT zeigte sich für MCM+BMP eine signifikante Zunahme des BV nach 14d (MCM+BMP: 15,1 ± 1,9; MCM: 0,6 ± 0,2; NONE: 0,9 ± 0,6; p<0,001) und bei höher mineralisiertem Knochen zudem nach 70d (10,6 ± 0,8; 0,4 ± 0,3; 1,5 ± 1,2; p< 0,001). Die BMD war nicht signifikant unterschiedlich (alle p >0,08).

Histomorphometrisch fand sich nach 14d kein signifikanter Unterschied im Ausmaß des neu gebildeten Knochens (MCM+BMP: 0,03 ± 0,02; MCM: 0,02 ± 0,02; NONE: 0,01 ± 0,01; p=0,14). MCM+BMP steigerte jedoch die Neubildung von Knorpel zu diesem frühen Zeitpunkt (MCM+BMP: 1,23 ± 0,11; MCM: 0,03 ± 0,02; NONE: 0,02 ± 0,02; p<0,001). Nach 70d fand sich als Zeichen der enchondralen Ossifikation signifikant mehr Knochen in der Gruppe MCM+BMP (MCM+BMP: 0,34 ± 0,16; MCM: 0,02 ± 0,01; NONE: 0,02 ± 0,01; p=0,009). Zu diesem späten Zeitpunkt bestand kein signifikanter Unterschied im Ausmaß des Knorpels (MCM+BMP: 0,1 ± 0,1; MCM: 0,04 ± 0,03; NONE: 0,01 ± 0,01; p=0,23). Die knöcherne Überbrückung war in der Gruppe MCM+BMP signifikant verbessert nach 14d (MCM+BMP: 2,1 ± 0,2; MCM: 0 ± 0; NONE: 0 ± 0; p<0,001) und 70d (3,8 ± 0,2; 0,3 ± 0,2; 0 ± 0; p<0,001).

Zusammenfassend zeigen diese Daten: die Applikation von MCM mit prolongierter Freisetzung von BMP-2 verbessert signifikant die Frakturheilung in einem etablierten murinen Pseudarthrosemodell. MCM könnten damit von klinischem Nutzen bei der Behandlung der atrophen Pseudarthrose sein.