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Fragestellung: Bei der Behandlung von Knochendefekten stellen synthetische Calciumphosphate (CaPs) eine vielversprechende Alternative zu autologem Transplantationsmaterial dar. Sie ahmen die Extrazellulärmatrix von natürlichem Knochen nach und dienen als Stützgerüst und Leitstruktur für die Bildung neuen Knochengewebes. Der meistgenutzte CaP-Typ ist β-Tricalciumphosphat (β-TCP), welches jedoch vergleichsweise schnell resorbiert wird, was zu einem Ungleichgewicht zu Ungunsten der Knochenneubildung führen kann. Silizium-basiertes bioaktives Glas (BG) hemmt die Resorptionsaktivität von Osteoklasten. Der Zusatz eines solchen BGs könnte somit die Resorptionskinetik von β-TCP beeinflussen und so bei längerem Verbleib von β-TCP im Knochendefekt zu einem verbesserten Heilungsprozess führen.

Methodik: Das β-TCP-basierte Knochenersatzmaterial Vitoss (Stryker, Duisburg) sowie das mit 20wt% 45S5 (in wt%: 45,0 SiO₂, 24,5 CaO, 24,5 Na₂O und 6,0 P₂O₅) BG supplementierte Pendant Vitoss BA wurden in Form von Scaffolds in Duplikaten mit humanen mesenchymalen Stromazellen von 5 Spenderpatienten besiedelt und subkutan in immundefiziente Mäuse implantiert. Vor Implantation (D0) wurden die Scaffolds mittels mikro-Computertomographie (mCT) gescannt, um das initiale Scaffoldvolumen (SV) zu bestimmen. Nach 70 Tagen (D70) wurden die Scaffolds explantiert und erneut mittels mCT zur Bestimmung des SV analysiert.

Ergebnisse und Schlussfolgerung: Vor Implantation zeigten beiden Gruppen vergleichbare SVs. Während der Inkubationszeit kam es in der Vitoss-Gruppe zu einem signifikanten Abfall des SV um 32%, wohingegen das SV in der Vitoss BA-Gruppe um rund 13% signifikant zunahm.

45S5 BG scheint die Resorptionskinetik von β-TCP relevant zu beeinflussen. Während β-TCP (Vitoss) signifikant resorbiert wurde, kommt es mit zugesetztem 45S5 BG (Vitoss BA) zu einer signifikanten Zunahme des SV. Für die Zunahme des SV spielen verschiedene, synergistisch ablaufende Mechanismen eine Rolle: So wird durch 45S5 BG einerseits die Resorptionsaktivität von Osteoklasten und damit der Abbau von β-TCP gehemmt. Andererseits bildet 45S5 BG in physiologischer Umgebung durch schrittweise Rekrutierung von OH^-- und CO₃^2--Ionen eine Hydroxylapatit-Schicht an seiner Oberfläche aus, was zu einer Volumenzunahme führt. Mit einer verlangsamten Resorption oder gar einer Volumenzunahme könnte das Ungleichgewicht zwischen Resorption und ossärer Regeneration positiv beeinflusst werden. So legen die präsentierten Daten die Vermutung nahe, dass die zu schnelle Resorption β-TCP-basierter Knochenersatzmaterialien durch Zusatz von 45S5 BG gehemmt und somit positiv beeinflusst werden kann. Weitere Untersuchungen, bspw. unter Nutzung eines orthotopen Knochendefektmodells sollten angestrebt werden, um das Resorptionsverhalten beider Materialien in innerhalb eines Knochendefekts zu überprüfen.