Vergleichende morphologische Untersuchungen am Tibiabohrlochmodell des Schafes zur Fremdkörperreaktion nach Implantation von Calciumphosphat-basierten Knochenersatzstoffen
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Zusammenfassung
Ziel der vorliegenden tierexperimentellen Studie war es, am Tibiakopf-Bohrlochmodell des Schafes drei CaP-basierte Knochenersatzstoffe unter besonderer Berücksichtigung der Fremdkörperreaktion in der Frühphase p.i. zu untersuchen.Hierzu wurden 2 Jahre alte Merino-Schwarzkopfschafe in 4 Versuchsgruppen aufgeteilt und an der linken Tibia operiert. Von medial wurde ein Knochenzylinder von 12 mm Durchmesser und 20 mm Tiefe entnommen. Im Anschluss wurden die Defekte bei den Tieren der ersten Gruppe mit Tricalciumphosphat (TCP)-Zement (Gruppe I / TCP; n=3), bei den Tieren der zweiten Gruppe mit einem Calciumphosphat (CaP)-Granulat (Gruppe II / CaP; n=2) und bei den Tieren der dritten Gruppe mit einem Calciumphosphat (CaP)-Zement modifiziert mit 10 mg/g Phosphoserin (PS) (Gruppe III / CaP-PS; n=5) gefüllt. Mittels eines Knochendeckels, der aus den jeweils entnommenen Knochenzylindern passgenau gesägt wurde, erfolgte der Defektverschluss. Bei den als Kontrolle dienenden Tieren der vierten Gruppe (Gruppe IV / leer; n=3) wurde der unbefüllte Defekt mit einem Knochen-deckel verschlossen. 10 Tage post operationem wurden die Tiere euthanasiert und nach Perfusion der linke Tibiakopf entnommen.Der lichtmikroskopischen Untersuchung dienten Paraffinschnitte, Dünnschliffe und Semidünnschnitte. Dazu wurden die Proben in unterschiedliche Medien eingebettet (Paraffin, Kunststoff (Technovit T7200 und Technovit T9100), Harz (EPON). Die Schnitte und Schliffe wurden zur histomorphologischen Untersuchung gefärbt (Hämatoxylin-Eosin, Toluidin-Blau, Safranin O) oder der Immun- (CD68/CD44) sowie der Enzymhistochemie (TRAP) zugeführt.Um das räumliche Muster der Fremdkörperreaktion deskriptiv erfassen zu können, erfolgte eine ringförmige Einteilung der Defekte in 3 Zonen: Die Defektperipherie beinhaltet das Knochenlager und begrenzt mit der Bohrkante den Defekt. Dieser wurde weiter unterteilt in die Defektmitte, welche nach zentral an das Defektzentrum angrenzt.Die drei Knochenersatzstoffe unterscheiden sich schon in der Übersichtshistologie erheblich voneinander: Während der TCP-Zement der Gruppe I in situ fragmentiert und die Defekte so bis in das Defektzentrum für Zellen erschließbar werden, wird der mit CaP-Granulat versorgte Defekt nicht nur entlang der Granulatoberflächen erschlossen, sondern auch innerhalb der Poren der Granulat-Partikel, was eine zusätzliche Oberflächenvergrößerung und damit einen Vorteil im Bezug auf die gewünschte Osteokonduktivität darstellt. Der durch Zugabe von PS modifizierte Zement der Gruppe III füllt die Defekte jeweils als kompakter Block. Es können keine Lösungs- und Fragmentierungsprozesse zum Untersuchungszeitpunkt festgestellt werden. Diese Kompaktheit bietet keine Osteokonduktivität und verhinderte die zelluläre Erschließung der Defekte. In der Kontrollgruppe IV sind die Leerdefekte mit Erythrozyten-reicher, Fibrin-dominierter Matrix gefüllt, eine gerichtete Osteogenese findet nicht statt. Bei den Tieren der Gruppe I ist die Knochenneubildung vor allem entlang von Bohrmehloberflächen und entlang von peripher in den Defekten lokalisierten TCP-Fragmenten zu erkennen. Im Hinblick auf die Fremdkörperreaktion kann ein Gradient von der Defektperipherie, mit einer großen Zahl von Polykaryen, bis zum Übergang der Defektmitte in das Defektzentrum, wo nur noch sehr vereinzelt mononukleäre Phagozyten enthalten sind, nachgewiesen werden. Bei den Schafen der Gruppe II prägen bereits deutliche Knochenneubildungs-prozesse das histologische Bild. Knochenbälkchen überbrücken die äußeren Bereiche der Defektmitte und integrieren das Granulat bereits knöchern. Fremdkörperreaktionen sind an Bohrmehlfragmenten in der Defektperipherie und am Knochenersatzstoff in der Defektmitte zu beobachten. Sie schwächen sich bis zum Übergang in das Defektzentrum ab. Dominiert noch am Übergang von der Defektmitte zum Defektzentrum die chronische Entzündung, sind im Defektzentrum noch Anzeichen einer späten akuten Entzündung zu sehen. Das histologische Bild bei den Tieren der Gruppe III (CaP-PS) ist sehr heterogen. Nur zwei Schafe zeigen eine ausgeprägte Fremdkörperreaktion im Bereich der Bohrkante. Ein zelluläres Erschließen der Defekte ist aufgrund der Material-Eigenschaften nicht möglich. Daher konzentriert sich die Fremdkörperreaktion in Form von multinukleären, TRAP-positiven Zellen auf den äußeren Rand des Knochenersatzstoffes sowie auf den Lagerknochen der Defektperipherie nahe der Bohrkante. In diesem Bereich ist auch die Besiedlung des Zementes mit Osteoblasten zu beobachten. In dieser Form ist das mit PS modifizierte Material ausreichend biokompatibel, jedoch muss in weiteren Untersuchungen geklärt werden, ob durch weitere Zusätze wie beispielsweise Coll-I oder eine veränderte Applikationsform (präformiertes Porengefüge) eine ausreichend verbesserte Osteokonduktivität erreicht werden kann. Insgesamt ist das CaP-Granulat dem TCP-Zement im Hinblick auf die Osteokonduktivität und die Osseointegration bei vergleichbarer entzündlicher Antwort deutlich überlegen und sollte, sofern die Applikationsform eines Granulates für die jeweilige chirurgische Fragestellung in Betracht kommt, vorgezogen werden.Verknüpfung zu Publikationen oder weiteren Datensätzen
Beschreibung
Anmerkungen
Erstpublikation in
Giessen : VVB Laufersweiler