Untersuchungen zum Einfluss von thrombozytären Wachstumsfaktoren auf den zellvermittelten Abbau eines nanopartikulären Knochenersatzstoffes auf Hydroxylapatitbasis : eine experimentelle Studie am Miniaturschwein
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Zusammenfassung
Ziel der vorliegenden tierexperimentellen Studie am Miniaturschwein war es, den Einfluss von plättchenreichem Plasma (PRP) auf den zellvermittelten Abbau eines nanopartikulären Hydroxylapatits (HA) in der Frühphase der Knochendefektheilung zu untersuchen. Hierzu wurden 26 männliche Miniaturschweine der Rasse Mini-Lewe in drei Versuchsgruppen eingeteilt und jeweils ein standardisierter Knochendefekt in der Intercondylarregion des rechten Femurs angelegt. Die Defekte wurden entweder mit dem Knochenersatzstoff (Gruppe I/PRP-,n = 11) oder dem Knochenersatzstoff kombiniert mit PRP (Gruppe II/PRP+, n = 11) befüllt. In einer Kontrollgruppe (n = 4) blieben die Defekte unbefüllt. Während derImplantationsoperation wurden bei sechs Tieren jeweils 250 ml Vollblut entnommen, aus dem anschließend durch fraktionierte Zentrifugation plättchenreiches Plasma gewonnen wurde. Die enthaltenen Thrombozyten wurden durch den Zusatz von Thrombin und Kalziumglukonat zur Degranulation angeregt, wodurch die enthaltenen Wachstumsfaktoren aus den alpha-Granulafreigesetzt wurden. Zu diesen Wachstumsfaktoren gehören Platelet Derived Growth Factor AB undBB (PDGF AB, BB), Transforming Growth Factor ß 1 (TGF beta1), Vascular Endothelial Growth Factor (VEGF) und basic Fibroblast Growth Factor (bFGF). Die Konzentration der genannten Wachstumsfaktoren wurde mit Hilfe der ELISA-Technik bestimmt. Sie lagen zwischenFaktor 1,6 für TGF-beta1 und Faktor 24,4 für bFGF. 20 Tage post operationem fand die Explantation der operierten distalen Femura statt.Zur lichtmikroskopischen Untersuchung fanden die Knochen-Implantat-Proben Eingang in unterschiedliche Techniken der Einbettung (Paraffin-, Kunststoffeinbettungen), Präparation(Paraffinschnitte, Kunststoffschnitte und Schliffpräparationen), Färbung (Toluidinblau, Haematoxylin-Eosin, Safranin) und Histochemie (Enzym-, Immunhistochemie). Darüber hinaus wurden transmissionselektronenmikroskopische und computergestützte histomorphometrische Untersuchungen durchgeführt. Wie die Ergebnisse der Licht- und Transmissionselektronenmikroskopie aufgezeigt haben, erfolgt in den mit Knochenersatzmaterial behandelten Versuchsgruppen, unabhängig von der PRP-Applikation, die HA-Degradation hydrolytisch und Makrophagen-vermittelt. Die Makrophagen-Population wird durch Riesenzellen vom Langhans-Typ repräsentiert. Diese polarisierten Polykaryen adhärieren über ihre apikale Membrandomäne an den Implantatoberflächen. Das subplasmalemmale Zytoplasma ist immunhistochemisch durch Vimentin-Kondensationen gekennzeichnet. Nicht-adhärente, frei im Granulationsgewebe lokalisierte Polykaryen zeigen dagegen ein homogenes Vimentin-Verteilungsmuster im Zytoplasma. Der zelluläre Abbau des HA erfolgt mittels Phagozytose, indem die Polykaryenden "Fremdkörper" mit pseudopodienartigen Zytoplasmaausläufern umschließen und in ihr Zytoplasma inkorporieren. Diese Art der Degradation wird durch den post implantationem stattfindenden Zerfall des Knochenersatzmaterials in zahlreiche kleine Partikel unterstützt. Die hieraus resultierende Vergrößerung der Implantatoberfläche bietet einer Vielzahl von Zellen dieMöglichkeit zur Haftung. Die festgestellten Expressionsmuster des CD44-Membranglykoproteins verweisen auf dessen funktionelle Rolle im Rahmen der Fusion mononukleärer Makrophagen zu multinukleären Riesenzellen. Die darüber hinaus beobachtete Umverteilung von CD44 von der apikalen zur basalen Membrandomäne bei Implantatassoziierten Polykaryen ist als transientes Geschehen im Zuge der Adhäsion zu interpretieren. Der hohe Aktivitätsstatus der adhärenten Polykaryen ist immunhistochemisch durch eine intensive Kathepsin K-Expression gekennzeichnet. Die vergleichende histomorphometrische Auswertung der mit HA aufgefüllten Defekte dokumentiert eine Verdopplung der Anzahl von Polykaryen in der Gruppe"Knochenersatzstoff mit PRP". Ein auf Basis der Messergebnisse durchgeführter Wilcoxon-Rangsummentest verweist auf den hochsignifikanten Einfluss (p < 0,01) des Faktors PRP auf die Ausdehnung Tartrat-resistenter saurer Phosphatase-positiver Areale in den Präparaten.Diese Effekte können sowohl auf den im PRP angereicherten Wachstumsfaktoren als auch auf dem homologen Charakter der PRP-Zubereitung beruhen. Die beobachteten Polykaryen sogenannte "Fremdkörperriesenzellen" sind auch immer Indikatoren einer stattfindenden Entzündungsreaktion. Die histomorphometrisch dargestellte, deutlich verstärkte Fremdkörperreaktion in Gruppe II/PRP+ kann auf die PRP-Applikation zurückgeführt werden. Im weiteren Heilungsverlauf kann dies zu einer Verzögerung derknöchernen Konsolidierung der Defekte führen.Verknüpfung zu Publikationen oder weiteren Datensätzen
Beschreibung
Anmerkungen
Erstpublikation in
Giessen : VVB Laufersweiler 2006