Materialeigenschaften und Gewebebeschaffenheit an der Grenzfläche zwischen Knochenneubildungszone und einem neuen Verbundstoff als Implantatmaterial im osteoporotischen Mausfrakturmodell

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2019

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http://dx.doi.org/10.22029/jlupub-14765

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Osteoporose gilt als einer der Hauptrisikofaktoren für eine verzögerte Frakturheilung, weshalb neue Knochenersatzmaterialien auf eine Verbesserung dieser zielen. CPC ist durch seine Osteokonduktivität und Biokompatibilität als Grundbaustein geeignet, und wurde in dieser Studie zur Stimulation der Knochenneubildung im murinen metaphysären Frakturspalt in Form von pastösem alpha-TCP-basiertem HA-bildendem Knochenzement mit BDNF-gekoppelten MBG-Partikeln versetzt. ToF-SIMS, REM / EDX und Lichtmikroskopie wurden zur Auswertung der Knochen-Zement-Grenzfläche benutzt.ToF-SIMS-Messungen konnten verschiedene Material- und Gewebeverteilungen in räumlichem Bezug zueinander darstellen. Im Vergleich mit EDX-Mappings und lichtmikroskopischen Aufnahmen zeigten diese, dass an der Grenzfläche und in Poren des mit BDNF funktionalisierten CPC-MBG-Komposits sowohl bei WT- als auch bei osteoporotischen M3R-KO-Mäusen eine Knochenneubildung bestehend aus unmineralisiertem und bereits mineralisiertem Gewebe stattfand. Durch Auflösung von MBG-Partikeln und daraus resultierender Porenbildung wurde der Zementabbau und die knöcherne Integration an entsprechenden Stellen beschleunigt. Das meiste Material war nach 35 Tagen zum Ende des Experiments jedoch noch vorhanden. Mithilfe der chemischen Verteilung der ToF-SIMS und EDX-Untersuchungen konnte nachgewiesen werden, dass peripher im Zement liegende MBG-Partikel sich durch Kontakt mit dem Knochenmark auflösen und resorbiert werden konnten. Durch den hier verwendeten Anteil an MBG-Partikeln von 2 wt% lagen vor allem in der osteoporotischen Gruppe jedoch fast keine randständigen Partikel vor, weshalb die BDNF-Freisetzung aus dem Material als nicht ausreichend einzustufen ist. Aus diesem Grund konnten auch durch das Ca / P-Verhältnis bei der EDX-Quantifizierung und durch die Osteocytenauswertung keine deutlichen Unterschiede in den Gruppen mit BDNF im Vergleich zur Kontrollgruppe ohne BDNF erkannt werden. An Poren, wo von einer BDNF-Wirkung ausgegangen werden kann, waren keine auffälligen Veränderungen der Osteocyten sowie der Mineralisierung sichtbar.Zum einen kann schlussgefolgert werden, dass ein zu geringer Anteil an MBG (+ BDNF) dem CPC beigemischt wurde, zum anderen ist dadurch keine sichere Aussage über einen positiven Effekt von dem daher ebenfalls zu wenig freigesetzten BDNF möglich. Um eine deutliche Wirkung auf die Frakturheilung erzielen und diese beurteilen zu können, sollten deshalb in zukünftigen Studien deutlich mehr Partikel mit höheren Konzentrationen an BDNF als in dieser Studie möglich waren, dem Zement beigemischt werden.

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