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Fragestellung: Bone Morphogenetic Protein-2 (BMP-2) führt zu gesteigerter Knochenneubildung. Die osteoinduktive Potenz von BMP-2 ist höher, wenn es in einen Träger eingebaut ist. Beta Tricalciumphosphat (beta-TCP) hat sich als geeignetes Material hinsichtlich Bioabbaubarkeit und mechanischer Stabilität erwiesen. Es ist bisher nicht gelungen, eine kontrollierte Freisetzungskinetik von BMP aus TCP-Scaffolds zu erzielen.

Das Ziel dieser Forschungsarbeit ist, eine definierte Freisetzung von BMP-2 über einen längeren Zeitraum durch Koppelung an ein Hydrogel zu erreichen und somit die Entwicklung eines osteoinduktiven, mechanisch stabilen Scaffolds.

Methodik: Als Modellsubstanz für BMP-2 wurde zunächst FITC-markiertes Protein A (2 mg/ml) verwendet. Für die Beladung der beta-TCP Zylinder (n=8; 40% Porosität, 5 μm Porendurchmesser, interkonnektierend, 7mm x 6 mm) wurden drei verschiedene Hydrogele verwendet und die Freisetzung miteinander verglichen: Gelatine, homogenes Alginatgel und inhomogen ausgehärtetes Alginat. Nach definierten Zeitpunkten (1, 2, 3, 6, 9, 14, 28 Tage) wurde freigesetzte Menge FITC-Protein A bestimmt. Anschließend wurde der Versuch mit dem inhomogen verfestigten Alginat und BMP-2 wiederholt. Weiter wurden beta-TCP-Scaffolds mit der Kombination BMP-2 (0,05 mg/ml) und Alginat (5% w/v) beladen und mit Osteoblast-like-cells (MG63) in Kontakt gebracht. Nach 24h, 48h und 96h wurde ein Live-Dead-Assay zur Beurteilung der Zellvitalität und der WST-1-Test zur Analyse der Viabilität durchgeführt.

Ergebnisse und Schlussfolgerung: Die Abgabe des FITC-Protein A erfolgte sowohl aus der Gelatine, als auch dem homogenen Alginat sehr schnell. So waren bereits nach 24h 80,9% aus der Gelatine und 76,1% aus dem homogenen Alginat freigesetzt.

Das Release aus dem inhomogenen Alginat betrug nach 24h lediglich 36% der Gesamtmenge. Das BMP-2-Release betrug am Tag 14 des Versuchs 257,33 ± 73,19 ng/ml (~11,1%) sowie an Tag 28 des Release-Versuchs 57,56 ± 18,78 ng/ml (~1,82%).

Nach dem Freisetzungsversuch wurden die Scaffolds aufgebrochen und mikroskopiert. Dabei zeigten sich nach 28 Tagen noch deutliche Überreste des FITC-Protein A.

Mit dem Live-Dead-Assay konnte nachgewiesen werden, dass die freigesetzte Menge BMP-2 nicht toxisch ist. Die Zellen wuchsen in das Alginat des beladenen Knochenersatzdübels hinein.

Der WST-1-Test zeigt einen signifikanten Unterschied der Zellviabilität bei Inkubation mit einem BMP-2 und Alginat beladenen Scaffold im Vergleich zu einem lediglich mit Alginat beladenen Scaffold. Dies belegt eine deutliche Proliferationssteigerung.Aufgrund der höheren physikalischen Löslichkeit ist bei dem homogenen Alginatgel und der Gelatine ein deutlicher Burstrelease zu verzeichnen. Das Release aus dem festeren inhomogenen Alginat ist deutlich konstanter.

Osteoblast-like-cells zeigten in Kombination mit den BMP-2 beladenen beta-TCP-Scaffolds eine signifikant erhöhte Proliferation, sowie gute Vitalität.