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Fragestellung: Knöcherne Defektfrakturen treten häufig im Rahmen metaphysärer osteoporotisch bedingter Frakturen auf. Auf Grund der zunehmend überalternden Gesellschaft steigt die Inzidenz solcher operativ nur schwer zu versorgenden Frakturen. Um die entstandenen Knochendefekte nach osteosynthetischer Stabilisierung möglichst schnell zu einer Ausheilung zu bringen werden verschiedene Knochenersatzmaterialien erprobt. Ein neuartiger, mit Strontium dotierter Silikat-Kollagen-Scaffold (ScB30Sr20) soll hier die Knochenneubildung positiv beeinflussen.

Methodik: Zur Untersuchung der Biomaterialien verwendeten wir das bereits etablierte metaphysäre Frakturdefektmodell am distalen Femur der Ratte. 45 weibliche Sprague-Dawley Ratten wurden in drei Behandlungsgruppen randomisiert: (1) ScB30 (n=15), (2) ScB30Sr20 (n=15), und (3) B30 (n=15). 12 Wochen nach bilateraler Ovariektomie und einer multi-defizitären Diät erfolgte die Schaffung eines 4 mm großen, dreieckförmigen Frakturdefektes am metaphysären distalen Femur. Mittels einer 7-Loch Mini-T-Platte, die an der lateralen Zuggurtungsseite des Femurs angebracht wurde konnte der Frakturdefekt stabilisiert werden. Sodann erfolgte die Auffüllung des Defektes mit ScB30, ScB30Sr20 oder B30. ScB30 und ScB30Sr20 sind Scaffolds auf Basis einer Silikat-Kollagen Matrix. B30 ist ein solides Konstrukt aus dem gleichen Material. Nach sechs Wochen erfolgte die histomorphometrische Analyse sowie immunhistochemische, molekularbiologische Untersuchung. Mit Hilfe der ToF-SIMS Methode wurde die Freisetzung des Strontium in das umgebende Knochengewebe untersucht.

Ergebnisse und Schlussfolgerung: Sechs Wochen nach der Implantation zeigte die histomorphometrische Analyse ein statistisch signifikant höheres Knochen/Bindegewebe Verhältnis in der ScB30Sr20 Gruppe im Vergleich zum Strontium-freien ScB30 (p=0.043) und B30 (p=0.0001), was auf eine gesteigerte Knochenneubildung, hervorgerufen durch den Strontium angereicherten makroporösen Silikat/Kollagen Scaffold, schließen lässt. Weiterhin zeigte sich in der immunhistochemischen Untersuchung eine gesteigerte Expression von BMP-2, OPG und eine verringerte Expression von RANKL in der ScB30Sr20 Gruppe. In beiden Scaffoldgruppen konnten keine Materialrückstände in der Histologie nachgewiesen werden, was auf eine vollständige Degradation schließen lässt. Diese Ergebnisse wurden durch die ToF-SIMS Analyse bestätigt. Hier konnte in der ScB30Sr20 Gruppe kein Strontium mehr im Frakturdefekt als auch im umgebenden Gewebe detektiert werden.

Trotz der nahezu vollständigen Degradation des Strontium-angereicherten, makroporösen Silikat/Kollagen Scaffolds konnten wir in dieser Materialgruppe eine signifikant höhere Knochenneubildungsrate sowie eine Hochregulation der osteoanabolen Enzyme feststellen.