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Die Applikation von mikrovaskulären Fragmenten mittels thermoresponsivem Hydrogel stört die Frakturheilung
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Autoren
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Marcel Orth
- Universitätsklinikum des Saarlandes, Klinik für Unfall-, Hand- und Wiederherstellungschirurgie, Homburg, Germany
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Maximilian Altmeyer
- Universitätsklinikum des Saarlandes, Klinik für Unfall-, Hand- und Wiederherstellungschirurgie, Homburg, Germany
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David Stenger
- Universitätsklinikum des Saarlandes, Klinik für Unfall-, Hand- und Wiederherstellungschirurgie, Homburg, Germany
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Benedikt Braun
- Universitätsklinikum des Saarlandes, Klinik für Unfall-, Hand- und Wiederherstellungschirurgie, Homburg, Germany
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Jörg Holstein
- Universitätsklinikum des Saarlandes, Klinik für Unfall-, Hand- und Wiederherstellungschirurgie, Homburg, Germany
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Matthias Laschke
- Institut für Klinisch-Experimentelle Chirurgie, Universitätsklinikum des Saarlandes, Homburg, Germany
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Tim Pohlemann
- Universitätsklinikum des Saarlandes, Klinik für Unfall-, Hand- und Wiederherstellungschirurgie, Homburg, Germany
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Michael Menger
- Institut für Klinisch-Experimentelle Chirurgie, Universitätsklinikum des Saarlandes, Homburg, Germany
| Veröffentlicht: | 10. Oktober 2016 |
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Gliederung
Text
Fragestellung: Etwa 10% aller Frakturen heilen verzögert oder führen zu Pseudarthrosen. Hierfür ist oft eine gestörte Angiogenese verantwortlich. Thermoresponsives Hydrogel (TH) basiert auf einem Hyaluronsäure-Grundgerüst, ist bei Raumtemperatur flüssig und bei Körpertemperatur fest (Peroglio et al., 2013). TH unterstützt in vitro die Differenzierung von mesenchymalen Stammzellen und dient als Trägersubstanz für biologische Wirkstoffe wie mikrovaskuläre Fragmente (MVF). MVF werden mittels enzymatischer Digestion aus murinem Nebenhodenfettgewebe gewonnen, haben ein hohes Potenzial zur Vaskularisation und beschleunigen die Angiogenese (Laschke et al., 2009). Unklar ist, ob TH als Träger von MVF in vivo genutzt werden kann, um die Knochenheilung zu stimulieren.
Methodik: In CD-1 Mäusen (n=48; 35±3g; 9-14 Wochen alt) wurde standardisiert eine normale Frakturheilung induziert (Garcia et al., 2008). MVF wurden aus CD-1 Spendermäusen (SM) isoliert. Tieren der ersten Gruppe (TH+MVF; n=16) wurde MVF-beladenes TH (10µl TH + MVF einer SM / Tier) in den Frakturspalt appliziert. Die zweite Gruppe (TH; n=16) erhielt unbeladenes TH (10µl TH / Tier). Tiere der dritten Gruppe (NONE; n=16) erhielten weder TH noch MVF. Die Knochenheilung wurde 2 und 5 Wochen (W) postoperativ untersucht. Mittels 3-Punkt-Biegung wurde die Biegesteifigkeit des Knochens (N/mm) analysiert. Die Quantifizierung von Knochenvolumen (BV; mm3), -dichte (BMD; g HA/cm3) und des polaren Torsionswiderstands (PMOI; mm4) erfolgte mittels Mikro-Computertomographie (µCT). Knöcherne Überbrückung (modifizierter Goldberg-Score; 0-4 Punkte) und Kalluszusammensetzung (Knochen-/Knorpel-/Bindegewebe; %) wurden histomorphometrisch (Masson-Goldner) evaluiert. Die statistische Auswertung erfolgte mittels ANOVA (Signifikanzniveau p<0,05).
Ergebnisse und Schlussfolgerung: Die Biegesteifigkeit war in TH+MVF nach 2W (TH+MVF: 1,6±0,1N/mm; TH: 5,4±0,8; NONE: 3,0±0,7; p=0,003) und nach 5W (TH+MVF: 5,9±1,9N/mm; TH: 22,6±4,4; NONE: 22,0±4,8; p<0,001) reduziert.
In der µCT zeigte TH+MVF nach 5W ein geringeres BV (TH+MVF: 2,1±0,5mm3; TH: 4,6±0,6; NONE: 4,0±0,7; p=0,017). Auch der PMOI war in diesen Tieren verringert (TH+MVF: 0,3±0,1mm4; TH: 0,8±0,2; NONE: 0,8±0,2; p=0,033). Hingegen waren BV und PMOI nach 2W sowie die BMD nicht signifikant (je p>0,244).
Histomorphometrisch zeigte TH+MVF nach 5W eine geringere knöcherne Überbrückung (TH+MVF: 0,6±0,5 Punkte; TH: 3,1±0,4; NONE: 3,4±0,5; p=0,002) sowie weniger Knochen (TH+MVF: 21,7±8,5%; TH: 67,8±8,1; NONE: 77,6±8,5; p=0,001) und mehr Bindegewebe (TH+MVF: 73,1±4,3%; TH: 24±8,2; NONE: 17,5±8,7; p=0,002). Die Kalluszusammensetzung nach 2W und das Ausmaß des Knorpels nach 5W waren nicht signifikant (je p>0,099).
In keiner Analyse wies die Gruppe TH einen signifikanten Unterschied zu NONE auf.
Zusammenfassend zeigen diese Daten, dass die Applikation von MVF-beladenem TH wider Erwarten die Frakturheilung in einem etablierten murinen Frakturmodell signifikant stört, anstatt diese durch Stimulation der Angiogenese zu unterstützen.
