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Fragestellung: Das 45S5-bioaktive Glas (BG; Zusammensetzung in wt%: 45 SiO₂, 24,5 CaO, 24,5 Na₂O, 6 P₂O₅) wird als synthetisches osteoproduktives Biomaterial zur Regeneration von Knochendefekten eingesetzt. Durch Freisetzung seiner Bestandteile in ionisierter Form nimmt BG Einfluss auf die umgebenden Zellen. So können die biologischen Eigenschaften der BGs durch Veränderung der BG-Zusammensetzung gezielt angepasst und somit als Vektor für die Applikation therapeutisch wirksamer Ionen wie bspw. dem pro-angiogenen Bor genutzt werden. In dieser Studie wurde erstmalig direkt vergleichend der Einfluss dreier unterschiedlicher BG-Zusammensetzungen auf die Regeneration von Knochendefekten kritischer Größe im Rattenmodell untersucht.

Methodik: Durch Osteotomie wurden in Femora männlicher Ratten 4,5 mm messende Defekte erzeugt, mittels Plattenosteosynthese stabilisiert und durch Scaffolds aus 45S5-BG, 1393-BG (in wt%: 53 SiO₂, 20 CaO, 6 Na₂O, 4 P₂O₅, 12 K₂O, 5 MgO) und dem auf 1393-BG-Basis entwickelten borhaltigen 0106-B1-BG (in wt%: 37,5 SiO₂, 22,6 CaO, 5,9 Na₂O, 4,0 P₂O₅, 12,0 K₂O, 5,5 MgO, 12,5 B₂O₃) gefüllt bzw. verblieben leer (Kontrollgruppe; 6 Tiere pro Gruppe). Unmittelbar post-OP, sowie nach drei (3W) und sechs (6W) Wochen erfolgten mikro-CT (µCT) Analysen der Defekte. Nach 6W erfolgte die Euthanasie der Versuchstiere und die histologische Aufarbeitung der Femora. Der Versuch wurde nach geltenden Bestimmungen durchgeführt, das Protokoll wurde von der zuständigen Behörde genehmigt.

Ergebnisse und Schlussfolgerung: Die Defektüberbrückung als Maß der -konsolidierung im µCT wurde nach 3W durch 45S5-BG und 0106-B1-BG im Vergleich zur Kontrolle sowie zum 1393-BG signifikant erhöht (Abbildung 1 A2 [Abb. 1]). Auch nach 6W zeigte sich in keiner Gruppe eine vollständige Defektkonsolidierung (Abbildung 1 A1 [Abb. 1]). Die Quantifizierung der Knochenfläche in der Movat-Pentachrom-Färbung nach 6W zeigte eine signifikante Überlegenheit des 45S5-BG gegenüber allen anderen Gruppen; 0106-B1-BG bildete signifikant mehr Knochenfläche als 1393-BG (Abbildung 1 B2 [Abb. 1]). In der 1393-BG- sowie in der Kontrollgruppe bildete sich im Defekt vornehmlich fibröses Bindegewebe (Abbildung 1 B1 [Abb. 1]). Das 0106-B1-BG induzierte eine signifikant vermehrte Präsenz CD31-positiver Endothelzellen als Korrelat der Defektvaskularisierung gegenüber der 1393-BG- und der Kontrollgruppe (Abbildung 1 C1, C2 [Abb. 1]).

Hinsichtlich Knochenbildung zeigt sich eine Überlegenheit des 45S5-BG. Durch Zusatz von Bor im 0106-B1-BG lassen sich die osteogenen und angiogenen Eigenschaften des 1393-BG signifikant verbessern. Die Ergebnisse dieser Studie veranschaulichen den erheblichen Einfluss der BG-Zusammensetzung auf die Regeneration von Knochendefekten kritischer Größe.