Freisetzungskinetik des therapeutischen Agens Sr2+ aus einem Calciumphosphatzement und dessen passiver Transport im trabekulären Knochen gesunder und osteoporotischer Ratten

Abstract

Die angefertigte Abhandlung besteht aus zwei aufeinanderfolgenden Teilversuchen zur Mobilität des therapeutischen Agens Sr2+ aus Knochenersatzmaterial (Calciumphosphatzement) in den trabekulären Knochen gesunder vs. osteoporotischer Rattenfemora. Die Verwendung von Knochenersatzmaterial bei Osteoporose nimmt in unserer alternden Gesellschaft eine stetig größer werdende Rolle ein. Für die Freisetzung des Wirkstoffes Sr2+ in Nährmedium konnte anhand des Modells von Korsmeyer und Peppas eine Freisetzungskonstante von 1,91±0,96·10-7 mol/cm2/h0,32 (addierter Fehler: 0,69·10-7 mol/cm2/h0,32) ermittelt werden. Die darauffolgende Diffusion von Sr2+ in den trabekulären Knochen konnte mittels ToF- SIMS aufgezeichnet werden. Es ergab sich ein Diffusionskoeffizient im osteoporotischen Knochen von 1,37.10-10 cm2/s (addierter Fehler: 3,91·10-11 cm2/s, Standardabweichung: 9,9·10-11) und gesunden von 1,39.10-12 cm2/s (addierter Fehler: 5,69·10-13 cm2/s, Standardabweichung: 1,69·10-12). Somit zeigte sich eine schnellere Diffusion von Sr2+ in den osteoporotischen Knochen im Vergleich zum Gesunden (Rohnke et al. 2017). Diese Ergebnisse korrelieren mit TEM-Messungen. Hier zeigte sich im osteoporotischen Knochen eine ungeordnetere Struktur mit kürzeren Kollagenfibrillen, wodurch eine schnellere Diffusion erklärbar ist. Kern et al. konnten für die Diffusion im kortikalen Knochen keinen signifikanten Unterschied vom osteoporotischen gegenüber dem gesunden Knochen feststellen (Kern et al. 2019). Yoon et al zeigten, dass OVX keinen signifikanten Einfluss auf die Knochendichte im kortikalen Knochen hat, im Trabekelsystem allerdings schon (Yoon et al. 2012). Auch diese Erkenntnisse unterstreichen die Ergebnisse der hier dargelegten Arbeit. Für die Zukunft bleiben weitere Versuche zur Komplexität des Knochens und dessen Wirkstoffausbreitung wünschenswert - hoffentlich mit einer Verringerung von Tierversuchen durch den Beitrag dieser Arbeit. Insbesondere könnten durch ermittelte Diffusionskoeffizienten Simulationen zur Mobilität von therapeutischen Agenzien erstellt werden und somit Versuche in vivo, gemäß des 3R Prinzips von Russel und Burch, eingegrenzt werden.