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Fragestellung: Die Masquelet-Technik ist ein zweizeitiges Operationsverfahren zur Rekonstruktion ossärer Segmentdefekte. Der ideale Zeitpunkt des zweiten Operationsschrittes wird nach 4-6 Wochen angenommen. In der Klinik ist dieses enge Zeitintervall oft auf Grund der Weichteilsituation (z.B. nach freien Lappenplastiken) nicht einzuhalten und würde ein zusätzliches Debridement mit Zement-Spacer-Wechsel vor Defektauffüllung erfordern. Kontrovers hierzu sind erfolgreiche Defektauffüllungen auch nach mehreren Monaten bis Jahren beschrieben worden. Ziel dieser Studie war daher die strukturelle und zelluläre Charakterisierung von Zement-Spacer-induzierten Membranen und die Analyse der Bioaktivität in Abhängigkeit vom zeitlichen Verlauf.

Methodik: Analysiert wurden Membranen von 65 Patienten (35-82 Jahre). Anhand des Entnahmezeitpunktes wurden vier Gruppen gebildet: Gruppe 1: 8-28d, Gruppe 2: 29-49d, Gruppe 3: 50-63d und Gruppe 4: 78-113d. Die Bioaktivität wurde histologisch und immunhistologisch, über Analyse der Proteinprofile (Protein-Microarray) und über Co-Kultur der Membran mit/und Auswachsen von mesenchymalen Stammzellen erfasst. Osteogene Differenzierung wurde anhand Kalzifizierung (Alizarin Rot), alkalische Phosphatase (ALP), C-terminales Propeptid von Procollagen I (CICP), Osteoprotegerin (OPG), Osteopontin (OPN), Osteocalcin (OC), knochenspezifische alkalische Phosphatase (BAP) untersucht.

Ergebnisse und Schlussfolgerung: Durch die Mikroarray-Analyse konnte eine erhöhte Proteinexpression von Angiogenesefaktoren, Entzündungsmediatoren, inflammatorischen Faktoren sowie osteoinduktiven Wachstumsfaktoren in Masquelet-Membranlysaten detektiert werden. Die Angiogenesefaktoren zeigten die höchsten Expressionsraten in der frühen Zeitgruppe 8-28d. Die Expression osteoinduktiver Wachstumsfaktoren verliefen mit geringen Variationen zu allen Zeitpunkten vergleichbar. Histologisch kam es besonders in der frühen Entwicklung der Membran (8-28d) zu einer verstärkten Vaskularisierung. Die immunhistochemische Analysen bestätigten die gesteigerte Angiogenese über Angiogenin, CD31, CD34, CD90, CD105 und EMMPRIN. In der Gruppe von 29-49d wurden überwiegend fibrosierte Matrixanteile mit parallel angeordneten Kollagenfaseranteilen sichtbar. Zusätzlich konnten die osteogenen Marker (MMP-9, AP, OP und OC) und osteoklastäre Zellen mittels TRAP-Färbung nachgewiesen werden. Mesenchymale Stammzellen (CD105/CD73) wurden zu allen Zeitpunkten detektiert.

Die induzierten Membranen zeigen zeitabhängige, jedoch statistisch nicht signifikant unterschiedliche Entwicklungsphasen mit vermehrter Angioneogenese und Vaskularisierung in der Frühphase und zunehmender Fibrosierung in späteren Phasen. Eine konstante osteoinduktive Bioaktivität konnte über alle Entnahmezeitpunkte festgestellt werden. Somit kann das bislang postulierte enge Zeitintervall von 4-6 Wochen bis zur Defektauffüllung in Frage gestellt werden. Klinische Studien sind notwendig um diese in-vitro Ergebnisse zu überprüfen.