gms | German Medical Science

Fragestellung: Bisphosphonaten werden zur Behandlung von Knochenerkrankungen (z.B. Osteoporose) eingesetzt und zeigen auch experimentell eine stimulierende Wirkungen auf die Knochenheilung [Greiner et al. 2008]. Zur Auffüllung und Überbrückung größerer Knochendefekte dienen β-Tricalciumphosphate (β-TCP) als resorbierbare Biomaterialien mit guter Biokompatibilität. Die bereits gezeigte Wirksamkeit von Zoledronat^® (ZOL) und die Möglichkeit zur lokalen Applikation in Kombination mit einem osteokonduktiven Knochenersatzmaterial könnte eine Optimierung in der Behandlung von Knochendefekten darstellen. Ziel der Studie war die Untersuchung dieser Kombination hinsichtlich des Effekts auf Osteoblasten und Osteoklasten in vitro.

Methodik: ChronOS (TCP, Synthes) mit einer 60–80%igen Porosität (Durchmesser: 14 mm, d: 5 mm) wurden mittels Poly(D,L-Laktid) (PDLLA) als Trägersubstanz mit drei verschiedenen Konzentrationen ZOL (Novartis, 0%; 0,4%; 1,2%; 2%) beschichtet und mit primären humanen Osteoblasten (POB), isoliert aus trabekulärem Knochen, sowie Osteoklasten (OKL), isoliert aus humanem peripherem Blut (CD+14 MACS), für 12 bzw. 21 Tage kultiviert. Untersucht wurde die Zellvitalität und die osteoblastären Produkte ALP, Kollagen-1, Osteokalzin, OPG, RANKL und BMP-2. TRAP-iso5b sowie Cathepsin-K dienten als Osteoklastenaktivitätsmarker. Die statistische Auswertung erfolgte mit ANOVA, Dunnett.

Ergebnisse und Schlussfolgerungen: Die Kultivierung der POB auf ChronOS (mit und ohne ZOL) zeigte keine signifikanten Veränderungen in deren Vitalität. Die Beschichtung mit PDLLA bewirkte eine signifikant erhöhte Kollagen-1, Osteokalzin und OPG-Produktion der POB. ZOL hingegen wirkte nur auf die Synthese von Osteokalzin ab 1,2 und 2% signifikant stimulierend. Die Produktion von RANKL war ebenfalls bei 1,2% ZOL signifikant erhöht. Die Produktion von BMP-2 und die ALP-Aktivität wurden nicht beeinflusst. Die OKL-Vitalität war beim Fusionsassay nach Inkubation mit ZOL in allen Konzentrationen, beim Resorptionsassay ab 2% ZOL, gegenüber der Kontrolle (unbeschichtet) signifikant gehemmt. Alle Beschichtungen mit Zoledronat führten zu einer signifikant verminderten TRAP-iso 5b-Synthese der OKL im Fusionsassay. Die gebildete Menge an TRAP-iso5b beim Resorptionsassay blieb unverändert. Die Bestimmung von Cathepsin-K als Resorptionsmarker ergab keine Hinweise auf eine veränderte resorptive Aktivität durch reife Osteoklasten in Abhängigkeit von der Beschichtung. Eine Kultivierung von Knochenzellen auf ChronOS^®, beschichtet mit Zoledronat^®, wurde erfolgreich etabliert und die dosisabhängige Wirksamkeit von Zoledronat auf Osteoblasten und Osteoklasten nach Freisetzung aus der PDLLA- Beschichtung in vitro gezeigt. Der stimulierende Effekt auf die Osteoblasten und die Hemmung der osteoklastären Aktivität könnte in der frühen Phase der Heilung vorteilhaft sein und den Knochenaufbau fördern. Weitere Versuche in einem Tiermodell sind jedoch notwendig, um einen heilungsfördernden Effekt zu überprüfen.