Publikationsdatenbank

Einfluss der kombinierten mechanischen und biologischen Stimulation auf die Defektheilung:
eine mikrocomputertomographische und biomechanische Untersuchung im Pseudarthrosemodell der Ratte (2020)

Art

Hochschulschrift

Autor

Hassanein, Kerstin (WE 2)

Quelle

Berlin: Mensch und Buch Verlag, 2020 — V ,130 Seiten

ISBN: 978-3-96729-092-9

Verweise

URL (Volltext): https://refubium.fu-berlin.de/handle/fub188/29706

Kontakt

Institut für Veterinär-Physiologie

Oertzenweg 19 b
14163 Berlin
+49 30 838 62600
physiologie@vetmed.fu-berlin.de

Abstract / Zusammenfassung

Dass die mechanische Umgebung (Stabilisationssteifigkeit) entscheiden für den Heilungserfolg einer Fraktur ist, wurde mehrfach demonstiert (Histings et al., 2010; Bartnikowski et al., 2017; Claes, 2017; Glatt et al., 2017). Unter welchen biomechanischen Bedingungen eine möglichst schnelle und effiziente Frakturheilung erreichbar wäre, ist seit geraumer Zeit Gegenstand intensiver Forschung (Claes, 2017). In diversen Studien ist zudem der postitive Effekt von BMP-2 auf die Knochenheilung belegt worden (Nauth et al., 2011; Wildemann et al., 2011). Weitgreifendere Erkenntnisse über die Wirkung der Dosierung des Wachstumsfaktors und inwieweit seine Interaktion mit mechanischer Belastung die Effizienz der Knochenregeneration beeinflusst, eröffnen mögliche Zukunftsstrategien in Fällen wo knöcherne Überbrückung bisher unerreichbar war (Schmidt-Bleek & Willie et al., 2016). Aufgrund dessen untersuchte die vorliegende Arbeit den Einfluss kombinierter biologischer und mechanischer Stimulation auf die Defektheilung im Pseudarthrosemodell der Ratte. Es sollte untersucht werden, welchen Effekt die variierenden Steifigkeiten eines externen Fixateurs auf die BMP-2-stimulierte Knochendefektheilung ausübte. Ziel der vorliegenden Arbeit war es, auf Grundlage von mikrocomputertomographischen Untersuchungen und biomechanischer in vitro Testung, den Heilungsverlauf eines kritischen Defekts unter semi-rigider Fixation gegenüber rigider und flexibler Steifigkeit aufzuzeigen. 32 weibliche Sprague-Dawley Ratten in einem Alter von 12 Wochen wurden randomisiert in vier Gruppen von je acht Tieren eingeteilt. Die experimentellen Versuchsgruppen erhielten einen standardisierten kritischen 5 mm Defekt (CSD), eine intraoperative Einbringung von 5μg rhBMP-2 mittels absorbierbaren Kollagenschwamms und wurden mittels variierenden Verbindungsbalken des externen Fixateurs (flexibel, semi-rigide, rigide) stabilisiert, während die Kontrollgruppe eine 1mm Osteotomie ohne rhBMP-2-Applikation erhielt und als positive Kontrolle bezüglich einer physiologischen Knochenheilung diente. Alle Versuchstiere durchliefen am 10., 21. und 42. postoperativen Tag eine in vivo-Mikrocomputertomographuntersuchung. An Tag 42 wurden die Tiere euthanasiert und der linke osteotomierte Femur (inklusive des Fixateurs externe) entnommen. Randomisiert wurden sieben Tieren zusätzlich der intakte rechte Femur entnommen. Sämtliche Proben wurden biomechanisch hinsichtlich Steifigkeit und maximalen Drehmoments getestet. Die Initialheilung der Steifigkeitsgruppen stellte sich im deskriptiven Mikro-CT mit einer vergleichbaren Gewebezusammensetzung dar. Im Defektspalt war moderat periostale Knochenneubildung erkennbar, die in keiner Defektüberbrückung resultierte. Dennoch ließ die semi-rigide Gruppe tendenziell den höchsten Grad an Mineralisation erkennen, welches mit den größten nicht signifikanten TV-, BV- und TMC-Werten im Vergleich zu den anderen Versuchsgruppen korrelierte, während die flexible Gruppe den kleinsten TV-Wert zeigte. An Tag 21 stellten sich alle Versuchsgruppen knöchern überbrückt dar. Als Ausdruck der beginnenden Reifung ließen sich im Mikro-CT Resorptionsvorgänge darstellen. Die flexible Gruppe zeigte eine verzögert einsetzende Heilung gegenüber den beiden steiferen Gruppen sowie einen mit verkalktem und mineralisierten Kallusgewebe ausgefüllten Defektspalt. An Tag 42 zeigte die flexible Gruppe signifikant größere Werte für TV, BV, BV/TV und TMC, während die semi-rigide Gruppe diesbezüglich die kleinsten Werte aufwies. Dies machte sich durch einen mit mineralisiertem Knochengewebe gefüllten Defekt in der flexiblen Gruppe deutlich, während die beiden steiferen Gruppen bereits Resorptionsvorgänge mit Wiederherstellung der Markhöhle erkennen ließen. Bezüglich TMD zeigte die semi-rigide Gruppe den größten Wert und die flexible Gruppe den kleinsten Wert, jedoch ohne Signifikanz. Die rigide Gruppe zeigte wie die semi-rigide Gruppe eine Abnahme des Gesamtkallusvolumens (TV) sowie geringere BV- und TMC-Werte als die flexible Gruppe, jedoch auch einen kleineren TMD-Wert als die semi-rigide Gruppe, weshalb hier ein verzögerter Reifungsprozess vermutet wurde. Mittels biomechanischer in vitro Testung zeigte die semi-rigide Gruppe annähernd gleichwertige Ergebnisse bezüglich der Steifigkeit und des maximalen Drehmoments wie die rigide und flexible Gruppe. Die Arbeit hat gezeigt, dass die BMP-2- stimulierte Defektheilung mechano-senitiv ist. Zwar zeigten sich in den biomechanischen und mikrocomputertomographischen Ergebnissen kaum statistisch signifikante Unterschiede, jedoch konnte deskriptiv eine beschleunigte Heilung der semi-rigiden und rigiden Versuchsgruppe gegenüber der flexiblen Fixation demonstriert werden, die in einer verzögerten Knochenheilung resultierte, während die steiferen Gruppen eine Re-Kanalisation der Markhöhle zeigten. Dies führte zu der Erkenntnis, dass die Modulation der mechanischen Umgebung des kritischen Defekts, trotz BMP-2-Anwesenheit, einen Einfluss auf den Heilungsverlauf ausübt.