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Verwendung eines weichen Kompositscaffolds zur Regeneration segmentaler Knochendefekte in einem neuartigen Großtierdefektmodel:
Radiologische und Histologische Evaluation im Schaf (2017)

Art

Hochschulschrift

Autor

Beierlein, Katleen (WE 12)

Quelle

Berlin: Mensch und Buch Verlag, 2017 — XI, 188 Seiten

ISBN: 978-3-86387-840-5

Verweise

URL (Volltext): https://refubium.fu-berlin.de/handle/fub188/4204

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Abstract / Zusammenfassung

Die Heilung großer segmentaler Knochendefekte bedingt durch degenerative, entzündliche oder traumatische Erkrankungen stellt noch immer ein besonderes klinisches und sozioökonomisches Problem dar. Aktuelle Therapieverfahren zur Rekonstruktion ausgedehnter segmentaler Knochendefekte umfassen die Knochendistraktion und den vaskularisierten, autologen oder allogenen Knochentransfer, aber auch Scaffolds in Form von Cages finden in großen Defekten Verwendung. Durch die mit diesen Verfahren verbundenen Komplikationen, wie Pininfektionen bei der Ilizarov-Technik oder eine erhöhte Entnahmemorbidität, Infektionsgefahr, schlechte Einheilungsraten und die oft nicht ausreichende Menge an gewonnenem Knochen beim Knochentransfer, wird seit langem an einer Alternative für den autologen Knochenersatz geforscht.

In dieser Studie wurde deshalb untersucht ob sich ein mittels Hybrid-Ringfixateur stabilisierter 40-mm-Osteotomiedefekt in der Schafstibia eignet regenerative Therapieansätze zu untersuchen. Weiterhin sollte als ein Therapieansatz ein Poly-l-(lactid)-ε-Caprolacton/β-Trikalziumphosphat-Scaffold in den 40 mm Tibiadefekt eingebracht und auf seine Eignung, die Regeneration in einem kritischen segmentalen Knochendefekt zu unterstützen, untersucht werden. Zusätzlich wurde in einer Gruppe der PCL/β-TCP-Scaffold mit autologer Spongiosa gefüllt, um deren Wirkung in Kombination mit dem Knochenersatzmaterial PCL/β-TCP auf die Knochendefektheilung zu untersuchen.

Dazu wurden zwölf Merino-Mix-Schafe in zwei Gruppen zu je sechs Tieren eingeteilt. Es wurde eine Osteotomie in der rechten Tibia vorgenommen und ein 40-mm-Defekt geschaffen, der durch einen Hybrid-Ringfixateur stabilisiert wurde. In den 40-mm-Osteotomie-Defekt wurde in der ersten Gruppe der hohlzylindrische Scaffold allein und in der zweiten Gruppe der mit Spongiosa gefüllte Scaffold eingebracht. Zwölf Wochen postoperativ erfolgte die Entnahme der Proben und die röntgenologische, computertomographische, histomorphologische, histomorphometrische und immunhistochemische Auswertung der Heilung im kritischen Defekt.

Der verwendete Hybrid-Ringfixateur erwies sich als adäquates Stabilisierungssystem für einen 40-mm-Osteotomiedefekt in der Schafstibia. Das Modell erwies sich als geeignet zur Untersuchung regenerativer Therapieansätze. Die Verwendung des Kompositscaffolds aus PCL-β-TCP unterstützt die Regeneration eines segmentalen, kritischen Knochendefektes. Der Scaffold blieb in seiner Form stabil, diente als Platzhalter im Defekt, verhinderte einen Prolaps von Weich- oder Muskelgewebe in den Defekt und diente als Leitstruktur indem er durch seine Mikrostruktur das Einwandern von Zellen und das Einwachsen von lockerem Bindegewebe, Gefäßen und auch Knochengewebe ermöglichte.

Durch die Kombination des Scaffolds (ChronOS Strip®) mit autologer Spongiosa in der zweiten Gruppe wurde die Knochenneubildung initial beschleunigt und bei einzelnen Tieren auch gesteigert. Die zweite Gruppe (ChronOS Strip® + Spongiosa) zeigte im Vergleich zur ersten nach zwölf Wochen ein vorangeschrittenes Heilungsergebnis. Röntgenologisch zeigten zwei Tiere dieser Gruppe bereits nach acht Wochen eine Überbrückung des 40 mm Osteotomiedefektes und nach zwölf Wochen eine weitere Zunahme der Dichte des neugebildeten Kallus. Histomorphometrisch machte in beiden Gruppen nach 12 Wochen Bindegewebe den hauptsächlichen Gewebeanteil im Osteotomiespalt aus. Hinsichtlich des knöchernen Kallus war computertomographisch (Bone Volume) und histomorphometrisch (Bone Area) keine signifikante Steigerung der Knochenneubildung durch autologe Spongiosa im Vergleich zur ersten Gruppe erkennbar. Allerdings erreichten in der zweiten Gruppe einige Tiere höhere Werte. Die Knochenmineraldichte (BMD) und der Knochenmineralgehalt (BMC) zeigten in den beiden Gruppen im Median ähnliche Werte. Lediglich bei zwei Tieren der zweiten Gruppe mit unilateraler Überbrückung des Osteotomiedefektes war bereits Lamellenknochen zu beobachten. Histomorphologisch war darüberhinaus kein qualitativer Unterschied des gebildeten Kallusgewebes zwischen den Gruppen erkennbar; allein die Kortikalis erschien in der zweiten Gruppe stärker aufgelockert. Auch die Vaskularisierung und Osteoklastendichte war in beiden Gruppen der vorliegenden Studie vergleichbar. Die Verzögerung der Defektheilung ist daher nicht auf eine unzureichende Vaskularisierung oder einen übermäßigen Knochenabbau durch Osteoklasten zurückzuführen. Ebenso war in beiden Gruppen die beginnende Degradation des Scaffolds durch Riesenzellen in vergleichbarem Ausmaß zu beobachten. Die Zugabe autologer Spongiosa (Gruppe 2) führte bei einzelnen Tieren zu einer deutlichen Steigerung der Knochenneubildung, der Vaskularisierung sowie der Osteoklasten und Riesenzelldichte, im Vergleich zwischen den Gruppen wurde jedoch kein statistisch signifikanter Unterschied erreicht. Der verwendete Scaffold erwies sich in beiden Gruppen als Leitstruktur, die das Einsprossen von Gefäßen und die Migration von Osteoklasten und Riesenzellen in den Defekt ermöglichte.