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Analyse des Einflusses des Biomaterialparameters Mikrosteifigkeit neuartiger Gelatinescaffolds auf die Knochenregeneration in einem Rattendefektmodel (2014)

Art

Hochschulschrift

Autor

Forner, Michèle (WE 20)

Quelle

Berlin: Mensch und Buch Verlag, 2014 — 115 Seiten

ISBN: 978-3-86387-566-4

Verweise

URL (Volltext): https://refubium.fu-berlin.de/handle/fub188/187

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Klein- und Heimtierklinik

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Abstract / Zusammenfassung

Die Heilung von Knochendefekten kritischer Größe stellt immer noch eine Herausforderung dar, da sie ohne weitergehende Eingriffe in einer verzögerten oder ausbleibenden Heilung (Pseudarthrose) enden (Mathon et al., 1998). Die Behandlung mit autologer Spongiosa als Goldstandard funktioniert gut, besitzt jedoch auch viele Nachteile (Jäger et al., 2005a; Rompe et al., 2004). Daher werden immer mehr Knochenersatzmaterialien, sogenannte Scaffolds, entwickelt, die die Knochenheilung leiten und somit unterstützen sollen. Dabei sind besonders die mechanischen Eigenschaften, wie die Mikrosteifigkeit, dieser Scaffolds für die Osteoregeneration wichtig und müssen optimal an die Bedürfnisse des heilenden Knochens angepasst werden (Chatterjee et al., 2010; Engler et al., 2006; Huebsch et al. 2010). In dieser Studie wurde ersmals in vivo der Einfluss der Mikrosteifigkeit des Scaffoldmaterials, also den Widerstand den eine Zelle fühlt, wenn sie an die extrazelluläre Matrix bindet, untersucht. Dafür wurden im Helmholtz Zentrum Geesthacht zwei Gelatinescaffolds entwickelt, die sich in ihren mechanischen Eigenschaften nur in der Mikrosteifigkeit unterschieden. Der Gelatinescaffold 1 besaß eine Mikrosteifigkeit von etwa 100 kPa, der Gelatinescaffold 2 eine Mikrosteifigkeit von etwa 1200 kPa. Bei 24 Ratten, die randomisiert in drei Gruppen aufgeteilt wurden, wurde ein fünf Millimeter Defekt am Os Femoris erzeugt. Dieser wurde mit einem unilateralen Fixateur extern stabilisiert und in der ersten Gruppe mit dem weicheren Scaffold (Gelatinescaffoldgruppe 1), in der zweiten Gruppe mit dem härteren Scaffold (Gelatinescaffoldgruppe 2) und in der dritten Gruppe mit einem xenogenen Spongiosatransplantat (Spongiosakontrollgruppe) als Positivkontrolle gefüllt. Röntgenkontrollen und MicroCT-Untersuchungen erfolgten alle zwei Wochen. Nach einer Standzeit von sechs Wochen wurden die Tiere euthanasiert, die Oberschenkelknochen entnommen und histologisch, immunhistochemisch und histomorphometrisch untersucht. Radiologisch und histologisch zeigte keines der Tiere der Gelatinescaffoldgruppen nach sechs Wochen eine knöcherne Überbrückung, jedoch gab es bei einem Tier aus der Gelatinescaffoldgruppe 2 eine knorpelige Überbrückung und ein weiteres Tier dieser Gruppe stand kurz vor einer knöchernen Konsolidierung. Die restlichen Tiere aus den beiden Gelatinescaffoldgruppen zeigten allerdings teilweise Zeichen einer verzögerten Heilung in Form von verminderter Vaskularisierung, abgerundeter Kallusenden oder Muskelprolaps in den Osteotomiespalt. Auch in der Spongiosakontrollgruppe gab es nach sechs Wochen keine knöcherne Überbrückung des Defektes. Im Osteotomiespalt war die Spongiosa noch gut zu erkennen und teilweise schon in den sich neubildenen knöchernen Kallus eingebaut. Zeichen einer verzögerten Heilung wurden kaum beobachtet. In den quantitativen radiologischen und histomorphometrischen Messungen zeigte sich, dass im Vergleich die Gelatinescaffoldgruppe 2 signifikant größere neue Knochen- und Knorpelformationen im Kallus aufwies, als die Gelatinescaffoldgruppe 1. Auch in der Spongiosakontrollgruppe war der neugebildete knöcherne und knorpelige Kallus signifikant größer als der der Gelatinescaffoldgruppe 1. Zwischen der Gelatinescaffoldgruppe 2 und der Spongiosakontrollgruppe bestanden jedoch keine quantitativen Unterschiede im neugebildeten Kallus. Daraus lässt sich schließen, dass der Scaffold mit der höheren Mikrosteifigkeit die Knochenheilung nicht nur besser unterstützt als der Scaffold mit der niedrigeren Mikrosteifigkeit, sondern sogar in ähnlicher Weise wie das Spongiosatransplantat.