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Deutscher Kongress für Orthopädie und Unfallchirurgie (DKOU 2019)

22. - 25.10.2019, Berlin

Behandlung kritischer Knochendefekte im Mausmodell mit natürlich vorkommenden Wachstumsfaktorgemischen

Meeting Abstract

  • presenting/speaker Henriette Bretschneider - UniversitätsCentrum für Orthopädie und Unfallchirurgie an der Technischen Universität Dresden, Dresden, Germany
  • Michael Hetz - Zentrum für Translationale Knochen-, Gelenk-, Weichgewebef., UniversitätsCentrum für Orthopädie & Unfallchirurgie, Dresden, Germany
  • Julia Bolte - UniversitätsCentrum für Orthopädie und Unfallchirurgie an der Technischen Universität Dresden, Dresden, Germany
  • Mandy Quade - Zentrum für Translationale Knochen-, Gelenk-, Weichgewebef., Universitätsklinikum Carl Gustav Carus, Technische Universität Dresden, Dresden, Germany
  • Anja Lode - Zentrum für Translationale Knochen-, Gelenk-, Weichgewebef., Universitätsklinikum Carl Gustav Carus, Technische Universität Dresden, Dresden, Germany
  • Stefan Zwingenberger - UniversitätsCentrum für Orthopädie und Unfallchirurgie, an der Technischen Universität Dresden, Dresden, Germany
  • Stefan Rammelt - Universitätsklinikum Carl Gustav Carus, Klinik für Unfall- und Wiederherstellungschirurgie, Dresden, Germany
  • Corina Vater - Zentrum für Translationale Knochen-, Gelenk-, Weichgewebef., UniversitätsCentrum für Orthopädie & Unfallchirurgie, Technische Universität Dresden, Dresden, Germany

Deutscher Kongress für Orthopädie und Unfallchirurgie (DKOU 2019). Berlin, 22.-25.10.2019. Düsseldorf: German Medical Science GMS Publishing House; 2019. DocAB28-802

doi: 10.3205/19dkou158, urn:nbn:de:0183-19dkou1586

Veröffentlicht: 22. Oktober 2019

© 2019 Bretschneider et al.
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Gliederung

Text

Fragestellung: Für die erfolgreiche Regeneration kritischer Knochendefekte stellen natürliche bioaktive Stoffgemische eine Quelle für wachstums- und differenzierungsfördernde Faktoren dar, die das Einheilen eines biodegradablen Knochenersatzmaterials in das körpereigene Gewebe fördern.

Rekombinante Wachstumsfaktoren (WF) sind kostenintensiv, müssen in unphysiologisch hohen Konzentrationen angewendet werden und sind daher weniger effektiv als natürliche WF-Gemische. Ziel dieser Studie ist es kostengünstige Knochenersatzmaterialien zu entwickeln, die auf einfach zu isolierenden natürlichen WFen in physiologischen Konzentrationen basieren.

Methodik: Entsprechend der Funktionalisierung der implantierten mineralisierten Kollagenscaffolds wurden 50 12-Wochen alte, männliche nu/nu NOD/SCID Nacktmäuse (DD24.1-5131/394/88) in 5 Gruppen randomisiert: 1) Kontrolle (ctrl), 2) Thrombozytenlysate (PL), 3) Hypoxie-konditioniertes Medium (HCM), 4) Fettgewebsextrakt (ATE) und 5) Mix (PL, HCM und ATE zu gleichen Teilen). Aus Fettgewebe, welches im Rahmen geplanter plastischer operativer Eingriffe gewonnen wurde (EK263122004), konnte ATE isoliert und von 5 Spendern gepoolt werden. PL wurde aus Thrombozytenkonzentraten von 25 Spendern durch 4fache Frost-Tau-Zyklen hergestellt. HCM wurde von Stammzellen aus dem Knochenmark, welche unter hypoxischen Bedingungen (1 % O2, 5 % CO, 37°C) für 5 Tage kultiviert wurden, gewonnen.

Kritische Knochendefekte von 2 mm Länge wurden am rechten Femur jeder Maus angelegt und durch einen externen Fixateur stabilisiert. Nach 6 Wochen wurden die Tiere euthanasiert und von jedem Femur mikrocomputertomographische (µCT)-Scans mit 20 µm Voxelgröße aufgenommen, um das regenerierte Knochenvolumen und die Knochenmineraldichte zu analysieren. Für histomorphologische Untersuchungen wurde eine Masson-Goldner-Färbung angewendet. Der Grad der Defektheilung wurde nach Huo et al. anhand einer Skala von 0 (fibröses Gewebe) bis 10 (reifer Knochen) bewertet. Für die statistische Analyse zwischen den Gruppen wurde ein ungepaarter Student'scher t-test (Knochenvolumen) bzw. ein Mann-Whitney-Test (Grad der Defektheilung) angewendet, wobei Unterschiede als signifikant angesehen wurden, wenn p < 0,05.

Ergebnisse und Schlussfolgerung: 49 von 50 Mäusen überlebten den 6-wöchigen Beobachtungszeitraum. Die µCT-Auswertung des Knochenvolumens an der Defektstelle nach 6 Wochen zeigte ein signifikant höheres Knochenvolumen, wenn die Scaffolds mit HCM funktionalisiert wurden (Abbildung 1A). Es wurde kein signifikanter Unterschied in Bezug auf die Knochenmineraldichte beobachtet. Die histologische Analyse des Grades der Defektheilung zeigte einen signifikant höheren Wert der Defektheilung für die PL- und Mix-Gruppe im Vergleich zur Kontrollgruppe (Abbildung 1B).

Die Zugabe von HCM verbesserte das Knochenvolumen im Vergleich zu PL, ATE und der Negativkontrolle in einem Femurdefektmodell bei Mäusen signifikant. Zudem war ein signifikant verbesserter Grad der Defektheilung für PL und Mix im Vergleich zur Negativkontrolle nachweisbar.