Effekte von bioaktivem Glas in einem Strontium-haltigen Calciumphosphat-Pastenzement in einem metaphysären Frakturdefekt kritischer Größe bei ovarektomierten Ratten

Abstract

Zur Verbesserung der Knochenheilung von osteoporotischen Frakturen bedarf es der Entwicklung von kompatiblen, implantierbaren Knochenersatzmaterialien. In der vorliegenden tierexperimentellen Studie wurden die Effekte auf die Knochen-heilung von mesoporösem, bioaktivem Glas (MBG) in einem Strontium-substituierten Calciumphosphat-Pastenzement (pS100G10) im Vergleich zu einem Bioglas-freien Strontium-haltigen Calciumphosphat-Pastenzement (pS100) und einer Kontrollgruppe (Leerdefekt) getestet. Die Knochenzemente wurden in einem metaphysären Fraktur-spalt mit kritischer Größe in ovarektomierten Ratten eingesetzt. Hierfür wurden 32 weibliche Sprague Dawley Ratten randomisiert den drei Versuchs-gruppen zugeordnet: pS100G10 (n=11), pS100 (n=11), Leerdefekt (n=10). 12 Wochen nach der Osteopenieinduktion mittels bilateraler Ovarektomie und multidefizitärer Diät wurde die Femurosteotomie durchgeführt. Am distalen, metaphysären Femur wurde ein 4 mm messender keilförmiger Frakturdefekt jeweils mit einem der Kno-chenzemente aufgefüllt oder ohne Knochenersatzmaterial belassen. Nach sechs Wo-chen wurden die Versuchstiere getötet, das Rattenfemur explantiert und für die weitere histologische Auswertung vorbereitet. Insgesamt konnten 21 Rattenfemora (je sieben pro Gruppe) ausgewertet werden. Die histologischen Knochenschnitte wurden mithilfe der Movat- und Von Kossa-Van Gieson-Färbung histomorphometrisch ausgewertet. ALP- und TRAP-Nachweis als en-zymhistochemische Methoden, sowie immunhistochemischer Nachweismethoden für BMP-2, OPG, RANKL, α-SMA, OCN und ED1 wurden durchgeführt und beurteilt. Nach sechs Wochen Standzeit der Tiere waren sowohl pS100 als auch pS100G10 we-nig abgebaut. Die histomorphometrische Auswertung zeigte eine signifikant gesteiger-te Knochenneubildung für pS100G10 im Vergleich zu pS100 und der Kontrollgruppe. Zudem konnte für den Knochenzement mit MBG vermehrte Fragmentierung des Mate-rials und Einwachsen von Bindegewebe in die Materialfragmente beobachtet werden. Gleichzeitig konnte die osteoanabole und antiresorptive Wirkung von Strontium in den getesteten Knochenzementen auf den osteopenen Rattenknochen beleuchtet werden. pS100G10 und pS100 überzeugten dazu als Pastenzemente durch ihre Handhabbarkeit.