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Fragestellung: Beta-Tricalciumphosphat (beta-TCP) ist ein bewährtes abbaubares Knochenersatzmaterial.

Wenig Aufmerksamkeit wurde bisher Mikroporen mit einem Durchmesser zwischen 0,5 um und 10 µm gewidmet. Die Mikroporosität hat einen erheblichen Einfluss auf die Osseointegration und Neubildung von Knochen. Unsere Arbeitsgruppe konnte Zellen in Mikroporen nachweisen. Ziel der vorliegenden Arbeit war es, den Zelltyp zu bestimmen, der in der Lage ist, die Mikroporen zu besiedeln.

Methodik: Als Implantate dienten zylindrische Formkörper aus einer phasenreinen beta-Tricalciumphosphat (TCP) - Keramik mit 7 Durchmesser und 25 mm Länge. Diese besaßen eine interkonnektierende Mikroporosität (40%) mit einem Porendurchmesser von 5 µm. Die keramischen Materialien wurden dabei in Bohrlochdefekte mit 7 mm Durchmesser und unterschiedlichen Lokalisationen (durch den Ursprung und Ansatz des vorderen Kreuzbandes, Metaphyse des medialen Femurcondylus und Hauptlastungszone des medialen Femurkondylus) von Schafen implantiert. Die Versuchsdauer erstreckte sich über 6, 12, 26 und/oder 52 Wochen. Die Beurteilung der Knochenneubildung erfolgte mit Hilfe einer Graduierungsskala semiquantitativ und qualitativ. Rasterelektronenmikroskopische und immunhistochemische Analysen schlossen sich an.

Ergebnisse und Schlussfolgerung: Der Abbau der Keramik ist eindeutig abhängig von der anatomischen Lage. Der Abbau ging Hand in Hand mit Knochenneubildung. Zellen und Gewebe wurden in der Keramik in allen anatomischen Lagen zu allen Zeitpunkten gefunden. Das Gewebe war gleichmäßig in der gesamten Keramik verteilt und positiv für Kollagen I, TGF ß und BMP 2/4. Histologisch lassen sich drei verschiedene Bereiche hinsichtlich Zelltyp und Degradation beschreiben. In der Region I enthalten die Mikroporen Zellen, aber keine mineralisierten Matrix. Die Zellen exprimieren die Marker CD68, CD45, CD14, Kollagen I, die einen Phänotyp ähnlich monocyte-derived multipotential cells (MOMCs) zeigen. Monozyten und Makrophagen gehören zu den ersten Zellen, die Biomaterial-Oberfläche nach der Implantation in vivo besiedeln. Diese Zellpopulation leitet sich von CD14 + Monozyten ab und enthält Vorläuferzellen, die Stammzellcharakter haben. Ovine Stammzellmarker waren negativ. Die Interkonnektivität der Keramik bildet dabei ein Netzwerk, welches der Nährstoffzufuhr und den Abtransport von Abfallprodukten der Zellen dient. Der Bereich II zeigt den Abbauprozess der Keramik. Am Abbauprozess beteiligt sind Riesenzellen vom Osteoklastentyp, die zu jedem Zeitpunkt nachgewiesen wurden. In Bereich III verhalten sich die Zellen innerhalb der Keramik wie Osteozyten im spongiösen Knochen.

Wir konnten zeigen, dass die Mikroporosität einen positiven Einfluss auf die Knochenneubildung hat. Monocyte-derived multipotential cells können die Mikroporen besiedeln. Sie können in den Mikroporen überleben und später zu Osteoblasten und Osteocyten differenzieren. Die mikroporöse ß TCP Keramik verfügt über alle Voraussetzungen für einen in vivo Bioreaktor für Knochen.