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Fragestellung: Biologisch aktive Metallionen in geringen Konzentrationen haben das Potenzial, die Knochendefektheilung zu beschleunigen. In der vorliegenden Studie wollten wir der Frage nachgehen, ob die Modifikation von Bruschitzementen mit Co²⁺, Cu²⁺ und Cr³⁺ Ionen die Resorption dieser Materialien fördert. Ein schnellerer Abbau ist zusammen mit einer verstärkten Knochenneubildung eine Grundvoraussetzung für ein erfolgreiches Remodeling des Implantatmaterials.

Methodik: β-Trikalziumphosphat ( β-TCP) wurde unter Zusatz von 10 mmol/mol der entsprechenden Metallionenchloride hergestellt und mit wasserfreiem Monokalziumphosphat zu Bruschitzementen ausgehärtet. Humane Osteoklasten wurden auf der Oberfläche der ausgehärteten Zementproben aus humanen mononuklearen Zellen des peripheren Blutes (PBMC) dreier Spender differenziert. Die Freisetzung der Metallionen, die Genexpression von tartat-resistenter saurer Phosphatase (TRAP), Carboanhydrase II (CA II), Kathepsin K (CTSK) und Vitronektinrezeptor, sowie die Enzymaktivitäten von TRAP, CAII und CTSK wurden untersucht. Die Resorption wurde mit Hilfe eines indirekten Assays der Resorptionsfläche auf Dentinscheiben quantifiziert.

Ergebnisse und Schlussfolgerung: Kupferhalige Zemente erwiesen sich als zytotoxisch gegenüber PBMC/Osteoklasten. Bei indirekter Kultivierung mit verdünnten Extrakten der Cu²⁺ Zemente überlebten die Zellen, jedoch war ihre Resorptionsaktivität nahezu komplett gehemmt (Abbildung 1 [Abb. 1]).

Co²⁺ Zemente zeigten eine niedrigere Zahl adhärierter Zellen verglichen mit dem Referenzzement; diese Zellen zeigten aber eine hohe Aktivität der osteoklastenspezifischen Enzyme TRAP, CAII und CTSK. Weiterhin war die Genexpression des Vitronektinrezeptors signifikant erhöht. Bei der indirekten Kultivierung mit verdünnten Zementextrakten konnten im Falle der Co²⁺ Zemente die größten Resorptionsflächen verzeichnet werden. Cr³⁺ Zemente setzten in Gegenwart von Osteoklasten Cr³⁺ Konzentrationen von maximal 1 µM frei und zeigten daher keinerlei zytotoxische Effekte. Sowohl die Genexpression als auch Aktivität von CTSK war bei Kultivierung auf den Cr³⁺ Zementen signifikant erhöht.

Cr³⁺ modifizierte Kalziumphoshatknochenzemente besitzen das Potential, die Knochendefektheilung zu beschleunigen, da sie die aktive Resorption durch Osteoklasten fördern und keinerlei zytotoxische Effekte, weder gegen Osteoprogenitorzellen noch gegen Osteoklasten aufweisen.