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Fragestellung: Dreidimensionale (3D) Scaffolds aus bioaktivem Glas (BG) des Typs 45S5 finden erfolgreichen Einsatz in Knochendefekten und unterstützen die knöcherne Regeneration. Dabei korreliert das Zusammenwirken von Oberflächencharakteristik, Porosität sowie mechanischen Gegebenheiten direkt mit den osteogenen Eigenschaften. 3D-BG-Scaffolds, bei deren Herstellung eine Matrize aus marinen Schwämmen (MS) genutzt wurde, zeigen hinsichtlich struktureller und mechanischer Eigenschaften gute Voraussetzungen für einen erfolgreichen Einsatz im Bereich der ossären Regeneration. Bisher existieren jedoch keine in-vivo-Daten bezüglich des tatsächlichen osteogenen Charakters dieser Scaffolds.

Methodik: In dieser Studie wurden jeweils n=8 unbehandelte (Gruppe A) und gelatinebeschichtete (Gruppe B), auf Basis von marinen Schwämmen hergestellte 3D-BG-Scaffolds mit humanen mesenchymalen Stammzellen besiedelt und subkutan für zehn Wochen in immundefiziente Mäuse implantiert. Vor Implantation und nach Explantation erfolgte eine mikro-Computertomographische (mCT) Untersuchung der Scaffolds, was eine quantitative Verlaufsbeobachtung struktureller Veränderungen als Korrelate von Knochenbildung ermöglicht. Final wurden die Scaffolds histomorphometrischer Aufarbeitung zugeführt und mittels Movat-Pentachrome-Färbung ebenfalls quantitativ auf Knochenneubildung hin untersucht.

Ergebnisse und Schlussfolgerung: Korrelate von Knochenbildung zeigten sich in beiden Scaffold-Gruppen. Gelatinebeschichtete Scaffolds der B-Gruppe zeigten jedoch uniform bessere osteogene Eigenschaften als die unbeschichteten Scaffolds aus Gruppe A. Insbesondere konnte histomorphometrisch eine signifikant (p=0,021) größere Menge neugebildeten Knochens in den gelatinebeschichteten Implantaten (10,52%, ±1,30%) gegenüber den unbeschichteten Scaffolds (9,16%, ±1,00%) beobachtet werden. Ferner zeigte sich in der mCT-Analyse eine signifikante (p=0,039) Erhöhung des Implantatvolumens um 8,95% in der B-Gruppe, während die Zunahme von 5,26% in der A-Gruppe geringer und nicht-signifikant verblieb. Die Zunahme des Implantatvolumens korreliert dabei mit der neugebildeten Menge kalzifizierten Knochengewebes und schließt das wenig oder nicht-kalzifizierte frühe Osteoid nicht mit ein, kann also als Knochenreifeparameter verstanden werden.

Von MS-Matrizen abgeleitete BG-Scaffolds zeigen gute osteogene Eigenschaften, die durch Gelatinebeschichtung signifikant verbessert werden können. Durch Gelatinebeschichtung wird nicht nur ein höheres Maß an Knochenbildung erreicht, der Knochen imponiert darüber hinaus weiter entwickelt und weiter differenziert. Folgestudien sollten die grundlegenden Ursachen dieser Unterschiede beleuchten. Ferner kann Gelatine als Trägersubstanz für bioaktive Moleküle oder Ionen genutzt werden, was die osteogenen Eigenschaften von 45S5-Scaffolds ggf. weiter verbessern wird.