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Fragestellung: Ältere Patienten besitzen eine reduzierte ossäre Regeneration mit prolongierter Knochenheilung und einer verzögerter knöcherner Integration zementfrei verankerter Endoprothesen. Um die osteogene Regenerationsfähigkeit in-vivo zu unterstützen werden derzeit sowohl werkstoffwissenschaftliche als auch biologische Konzepte wie die Anwendung von Wachstumshormonen, mesenchymalen Stammzellen (MSC) sowie die Beschichtung von Endoprothesen mit Bestandteilen der extrazellulären Matrix (ECM) entwickelt. RGD (zyklisches Peptid aus drei Aminosäuren Arg-Gly-Asp) fungiert in der ECM als Erkennungssequenz für Integrine, die bei der Zell-Matrix und interzellulären Kommunikation eine wichtige Rolle spielen [Rezania et al. 1999]. In einem in-vitro Modell wird die osteoblastäre Potenz RGD-beschichteter endoprothetischer Oberflächen auf die Proliferation und Differenzierung von humanen MSC untersucht.

Methodik: Verschiedene Metallplättchen (Größe Ø1,2 cm, 2 mm) aus Titan/sandgestrahlt (TiSa), Ti6Al4V/poliert (TiPol), Cobalt-Chrom (Orthochrom™)/Porocoat™ (CCPor), Cobalt-Chrom (Orthochrome™)/poliert (CCPol) und Chirurgenstahl/poliert (Chir) wurden mittels Aminierung und Polyethylenglykollierung mit kovalent immobilisierten, zyklischen RGD-Peptiden (1,5x10^-9mol/Plättchen) beschichtet [Janissen et al. 2009]. Humane MSC dreier gesunder Spender (4000 Zellen/Plättchen) wurden auf diesen Oberflächen ohne weitere osteogene Stimulation kultiviert. Nach 14 Tagen erfolgte die quantitative Bestimmung der Zellproliferation via LDH-Assay (CytoTox®96) sowie der Zelldifferenzierung durch Messung der alkalischen Phosphatase(ALP)-Aktivität und der Proteinkonzentration (BCA-Assay). Die Zellmorphologie wurde elektronenmikroskopisch erfasst. Alle aufgeführten Experimente wurden an A) RGD-beschichteten und B) unbeschichteten Oberflächen durchgeführt. Die Effizienz der Oberflächenbeschichtung wurden mittels zyklischem, zusätzlich fluoreszenzmarkierten RGD-Peptid fluoreszenzspektroskopisch (Weitfeld, Konfokal) qualitativ und quantitativ dargestellt.

Ergebnisse und Schlussfolgerungen: Die Bindungseffizienz von fluoreszenzmarkiertem RGD war in absteigender Reihenfolge am größten auf TiSa>TiPol>Chir>CCPor>CCPol. Nach 14-tägiger Kultivierung zeigte sich zwischen der RGD-beschichteten Gruppe A) und der Kontrollgruppe B) kein signifikanter Unterschied in der Zellproliferation und Zellmorphologie. In A) zeigte sich die höchste Zellproliferation auf CCPol>CCPor³Chir>TiSa>TiPol, in B) auf CCPol>Chir>TiPol>CCPor>TiSa. Die Zelldifferenzierung gemessen an der ALP-Aktivität korrelierte hierbei positiv mit der Zellproliferation. Zusammenfassend wurde sowohl die höchste Zellproliferation als auch -differenzierung auf dem CCPol erzielt, welches jedoch die niedrigste Effizienz der RGD-Immobilisierung aufwies. Somit führte die kovalente RGD-Beschichtung weder zu einer Verbesserung der Cytokompatibilität noch zu einer Steigerung der osteoblastären Differenzierung in vitro.