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Knöcherne Regeneration kritischer Knochendefekte im Rattenfemur mittels Implantation von gerichteten Seidenscaffolds (SC) in Kombination mit BMP-2 und Hydroxylapatit (HA)
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Autoren
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Christian Deininger
- Paracelsus Medizinische Privatuniversität, Institut für Sehnen- und Knochenregeneration (SCI-TReCS), Universitätsklinik für Orthopädie und Traumatologie, Salzburg, Austria
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Herbert Tempfer
- Paracelsus Medizinische Privatuniversität, Institut für Sehnen- und Knochenregeneration (SCI-TReCS), Salzburg, Austria
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Nadja Weißenbacher
- Paracelsus Medizinische Privatuniversität, Institut für Sehnen- und Knochenregeneration (SCI-TReCS), Salzburg, Austria
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Andrea Wagner
- Paracelsus Medizinische Privatuniversität, Institut für Sehnen- und Knochenregeneration (SCI-TReCS), Salzburg, Austria
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Bettina Schwemberger
- Paracelsus Medizinische Privatuniversität, Institut für Sehnen- und Knochenregeneration (SCI-TReCS), Salzburg, Austria
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Andreas Teuschl
- Technikum Wien Tissue Engineering and Regenerative Medicine, Wien, Austria
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Thomas Freude
- Universitätsklinik für Orthopädie und Traumatologie, Salzburg, Austria
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Andreas Traweger
- Paracelsus Medizinische Privatuniversität, Institut für Sehnen- und Knochenregeneration (SCI-TReCS), Salzburg, Austria
| Veröffentlicht: | 26. Oktober 2021 |
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Gliederung
Text
Fragestellung: Untersuchung der Regenerationspotenz gerichteter SC in einem kritischen Femurdefektmodell der Ratte.
Methodik: Kritische Knochendefekte zeigen ohne weitere therapeutische Maßnahmen keine knöcherne Konsolidierung (empty defect). Es wurden kritische Knochendefekte (5mm) in das rechte Femur von Ratten (N=30) gesetzt, und diese mit einer Kombination aus osteoinduktiven Platzhaltern (SC) mit einer, als Monotherapie subeffektiven Dosis an BMP-2 (1µg) und/oder HA überbrückt. Die gerichteten, anisotropen Seidenfibroin-Scaffolds wurden über eine manuelle Gefrierstrukturierung generiert. Die Beschichtung der Scaffolds mit HA erfolgte über eine Inkubation in 10X (SBF ("simulated body fluid"). Insgesamt wurden 4 Behandlungsgruppen gebildet: "SC only" (n= 5), SC+HA (n= 5), SC+BMP-2 (n=8) und SC+HA+BMP-2 (n=10). Der Defekt wurde mit einem Fixateur interne stabilisiert. Es wurden regelmäßige Röntgenkontrollen bis zum Endpunkt zwölf Wochen postoperativ durchgeführt. Im Anschluss wurden die Präparate auf regeneriertes Knochenvolumen mittels Micro-CT und auf histologische Merkmale mittels Mason-Goldner und Movat Pentachrome Färbung hin untersucht.
Ergebnisse und Schlussfolgerung: Alle vier Gruppen zeigten in der Defektzone eine gesteigerte Knochenbildung im Vergleich zur "empty defect" Gruppe. Im direkten Vergleich der Gruppen zeigte sich ein signifikant höheres Knochenvolumen der SC+HA+BMP-2 Gruppe im Vergleich zur SC+HA Gruppe im Micro-CT. Im Vergleich aller anderer Gruppen untereinander ergeben sich keine signifikanten Unterschiede, jedoch eine Tendenz zu mehr Knochensubstanz in den Gruppen mit BMP-2. Das regenerierte Knochenvolumen (BV/TV) lag bei "SC only" bei 23,31(±8.15%), bei SC+HA bei 22,66% (±9,5%), bei SC+BMP-2 bei 29,83% (±14,3%) und bei SC+HA+BMP-2 bei 42,41% (±15,2%). Im Rahmen der Röntgenuntersuchungen waren sechs der 28 Femora (21,43%) knöchern konsolidiert, eines aus der SC+BMP-2 Gruppe und fünf aus der SC+HA+BMP-2 Gruppe.
Es konnte gezeigt werden, dass ein kritischer Femurdefekt im Tiermodell Ratte durch SC in Kombination mit einer geringen Dosis BMP-2 und beschichtet mit HA knöchern konsolidieren kann. In weiteren Studien soll die Dosierung des benötigten BMP-2 evaluiert werden (Abbildung 1 [Abb. 1]).
In der klinischen Praxis stellen relevante Knochendefekte und Pseudarthrosen ein komplikationsbehaftetes Krankheitsbild dar, dessen Versorgung in der Regel langwierig und aufwändig ist. SC in Verbindung mit gering dosierten Wachstumsfaktoren können in Zukunft eine denkbare Therapieoption darstellen.
