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Fragestellung: Bei der Verwendung des Wachstumsfaktors rekombinantes humanes Bone Morphogenetic Protein -2 (rhBMP-2) zur zervikalen und lumbalen intervertebralen Wirbelfusion sind sowohl heterotope Knochenformation als auch Knochenauflösung beschrieben, zumeist assoziiert mit dem Einsatz einer zu hohen Dosis. Diese Phänomene wurden auf Grund der limitierten Untersuchungsmethoden im Patienten bisher hauptsächlich an radiologischen Befunden diskutiert. Die Darstellung im Gewebekontext und die lokale Wirkung von rhBMP-2 auf die Gewebestrukturen des Fusionsergebnisses sind bisher nicht näher charakterisiert. In dieser Studie wurde daher eine hohe Dosis rhBMP-2 im Vergleich mit dem "Goldstandard" der autologen Spongiosa im zervikalen, intervertebralen Fusionsmodell des Schafes verwendet, um die Auswirkungen auf das biomechanische und histologische Fusionsergebnis zu analysieren.

Methodik: 16 adulte, weibliche Merino-Mix Schafe (>2,5 Jahre alt; Gewicht 65-85 kg) erhielten eine ventrale, intervertebrale Spondylodese zwischen dem dritten und vierten Halswirbelkörper. Zur Stabilisierung wurde bei allen Schafen ein zervikaler Titancage verwendet. Das ventrale Bandscheibenfach sowie der Cage wurden entweder mit autologer Spongiosa aus dem Beckenkamm (Gruppe 1) oder mit einer hohen Dosis rhBMP-2 (6 mg, InductOs®) (Gruppe 2) gefüllt. Der Heilungsverlauf wurde postoperativ, sowie nach acht und zwölf Wochen röntgenologisch evaluiert. Nach einer Heilungszeit von zwölf Wochen erfolgte die Explantation des Fusionssegmentes, die nicht-destruktive, biomechanische Steifigkeitstestung und (immun)histologische Evaluation. Die Charakterisierung der enchondralen und intramembranösen Ossifikation erfolgte anhand der histomorphometrischen und -morphologischen Untersuchung mit Hilfe der Movat Pentachrom, Safranin Orange/Von Kossa und Masson Goldner Färbungen. Die Osteoklasten wurde mittels TRAP Färbung quantifiziert. Immunhistologisch wurde die Vaskularisierung des Gewebes erfasst.

Ergebnisse und Schlussfolgerung: Die Verwendung einer hohen Dosis rhBMP-2 (Gruppe 2) führte im Vergleich zur Füllung mit autologer Spongiosa zu einem früheren und überlegenerem Fusionsergebnis (Score, Pearson's Chi-Squared test, p=0.021). Daneben kam es zu einer starken ventralen, heterotopen Knochenformation, die auch nach zwölf Wochen histologisch noch Aktivität zeigte. Die Qualität der trabekulären Knochenstruktur des neu gebildeten Knochens im Intervertebralraum sowie der angrenzenden Deck- und Bodenplatte war verändert und wies weniger dichte Areal bis hin zur Ausbildung einer Knochenzyste auf. Biomechanisch zeigte die Gruppe mit hoher rhBMP-2 Dosis eine doppelt so hohe Steifigkeit in allen Bewegungsrichtungen im Vergleich zum Goldstandard (p<0.05; Mann-Whitney U-Test).

Eine hohe Dosis rhBMP-2 konnte im zervikalen, intervertebralen Fusionsmodel der Schafes die beiden gegensätzlichen Phänomene der heterotopen Ossifikation und Knochenauflösung gleichzeitig auslösen und führte zu einer stark erhöhten Steifigkeit des Bewegungssegmentes.