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Fragestellung: Klinische Studien haben gezeigt, dass die kombinierte Anwendung der autologen Spongiosatransplantation in Kombination mit additiver BMP-7 Applikation zu einer besseren Knochenheilung führt, die zugrunde liegenden zellulären Mechanismen sind jedoch noch weitestgehend unbekannt. Das Ziel der aktuellen Studie ist es, hierzu die biochemischen Prozesse zu objektivieren.

Methodik: Zwischen 2009 und 2014 schlossen wir 109 Patienten, die in der Universitätsklinik Heidelberg sowie in der BG Unfallklinik Ludwigshafen aufgrund von Pseudarthrosen langer Röhrenknochen behandelt wurden, in diese prospektive Studie ein. Anhand einer Matched-Pair Analyse verglichen wir Patienten die mittels Transplantation von autologer Spongiosa (ASP) behandelt wurden (G1, n=10) mit Patienten die mit ASP und additiver lokaler Applikation von BMP-7 (G2, n=10) therapiert wurden. Es erfolgte die Evaluierung der Knochenregeneration anhand von klinischen und radiologischen Daten, sowie die Analyse der Zytokinexpression mittels Abnahmen von Serumproben während eines strukturierten Follow-Ups (Abnahmezeitpunkte: präoperativ, 2 Tage postoperativ (p.o.), 1 Woche p.o., 2, 4, 6 und 12 Wochen p.o.) Die Analyse der Zytokine IL-1, IL-6, IL-8, IL-10, TNF-alpha und VEGF erfolgte mittels hochsensitiven Luminex-Essays.

Ergebnisse und Schlussfolgerung: Die Ergebnisse der aktuellen Studie zeigen bei Patienten mit zusätzlicher Applikation von BMP-7 im Vergleich zu der Kontrollgruppe signifikant (p<0.05) erhöhte VEGF Werte in der initialen Knochenregeneration, weiterhin zeigt die Analyse des VEGF Expressionsmuster einen steileren Anstieg sowie erhöhte Absolutwerte von VEGF nach Applikation von BMP-7 (G2 zwei Wochen nach Therapie: 192.4 pg/ml; G1 zwei Wochen nach Therapie: 134.3 pg/ml). Die weiteren Ergebnisse unserer Studie zeigen eine signifikant erhöhte IL-6 Expression, insbesondere in der entscheidenden frühen Phase der Knochenheilung sowie früheres Erreichen der Maximalwerte bei der Expression von IL-8 und TNF-alpha. In unserer Studie konnten wir zeigen, dass BMP-7 eine verstärkte Angiogenese durch direkte und indirekte zelluläre Mechanismen stimuliert. Weiterhin induziert BMP-7 eine frühere und prominentere Inflammationsreaktion welche als Wachstumsreiz in der initialen Knochenregeneration dienen kann. Zusammenfassend zeigen unsere Daten, dass das verbesserte Outcome nach additiver BMP-7 Applikation in der Pseudarthrosentherapie unter anderem auf eine verstärkte Angiogenese und Inflammationsreaktion, welche initial als Regenerationsstimulus dient, zurückzuführen ist.