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Fragestellung: Infolge der demographischen Entwicklung wird die Inzidenz osteoporoseassoziierter Frakturen in den nächsten Jahren ansteigen. Die proximale Femurfraktur ist eine der häufigsten und prognostisch schwerwiegendsten Manifestationen der Osteoporose. Patienten mit einer osteoporotischen Fraktur des proximalen Femurs haben zudem ein höheres Risiko für eine sekundäre Fraktur auf der kontralateralen Seite. Der Wachstumsfaktor BMP-7 (bone morphogenetic protein-7) stimuliert die Knochenbildung und Mineralisierung und könnte eine Therapiealternative zur Prävention von Sekundärfrakturen darstellen. In der vorliegenden Studie wurde an einem etablierten Mausmodell untersucht, ob ein intramedullär im Femur appliziertes thermoresponsives Hydrogel verträglich ist und ob die Augmentation mit BMP-7 die Knochenbildung des behandelten Femurs anregt.

Methodik: Das osteoinduktive Potential von BMP-7-augmentiertem BDI-Hydrogel (Pluronic 123 mit Butandiisocyanat (BDI); PolyMaterials, Deutschland; BMP-7-Konzentration: 1µg/10µl; BMP: rhBMP-7; Olympus Biotech, Frankreich) wurde in adulten, männlichen C57BL/6 Mäusen (n=36) untersucht. Dazu wurde in tiefer Allgemeinanästhesie die Kortikalis des distalen Femurs mit einem Dentalbohrer interkondylär eröffnet und entweder das mit BMP-7 (0,1 mg/ml) beladene Gel (Gruppe A, n=12), das unbeladene Gel (Gruppe B, n=12), oder NaCl 0,9% (Gruppe C, n=12) retrograd intramedullär bis zum Bereich der proximalen Metaphyse appliziert. Nach 4 bzw. 12 Wochen wurden jeweils 6 Tiere pro Gruppe exsanguiert und die Femura zur Bestimmung der Knochenmikrostruktur im Mikro-CT (Bruker-Skyscan, in-vivo Mikro-CT 1076) explantiert. Nach standardisierter, histomorphometrischer Vermessung der proximalen Metaphyse [1] wurde das Augenmerk auf die Strukturparameter BV/TV (relatives Knochenvolumen), BMD (volumenbezogene Knochendichte), TbTh (trabekuläre Dicke) und die räumliche Ausrichtung der Trabekel (degree of anisotropy, DA) gerichtet. Die statistische Auswertung erfolgte mittels One-way ANOVA und Tukey-Kramer-Test; p<0,05 wurde als signifikant akzeptiert.

Ergebnisse und Schlussfolgerung: Erste Daten zeigen, dass 12 Wochen nach Applikation von BMP-7-beladenem Hydrogel der DA signifikant höher ist als bei den Tieren, die reines Hydrogel erhalten haben (Gruppe A: 2,02 ± 0,26 vs Gruppe B: 1,52 ± 0,13; p<0,05). Das relative Knochenvolumen, TbTh und BMD waren tendenziell höher bei den Tieren, die BMP-7-beladenes Hydrogel erhalten hatten als in der Sham-Gruppe. Unsere Studie zeigt, dass i) die intramedulläre Applikation von Hydrogel im Mausmodell gut verträglich ist und ii) das darin gelöste BMP-7 lokale Wirksamkeit hat. Damit ist dieses Modell geeignet, das osteogene Potential von BMP-7 detailliert zu untersuchen und die Basis für die Translation in die Klinik zu schaffen.

Durch eine lokale, prophylaktische Applikation von BMP-7-augmentiertem BDI-Hydrogel könnte zukünftig eine Therapiealternative zur Reduktion des Risikos von osteoporoseassoziierten Sekundärfrakturen geschaffen werden.