Evaluierung der Auswirkung von nanosilberfunktionalisierten Knochenimplantaten auf die osteoblastogenen Transkriptionsfaktoren Runx2 und Osterix in einem etablierten tierexperimentellen Modell

Abstract

Implantatassoziierte Infektionen stellen ein signifikantes Problem in der Traumatologie und Orthopädie dar. Der Einsatz von AgNP zur Funktionalisierung von Implantaten hat sich als innovative Methode mit effektiver antimikrobieller Wirkung erwiesen. Die Auswirkungen von AgNP auf die Osteoblastogenese sind jedoch noch unzureichend erforscht. In dieser Dissertation wurde der Einfluss von AgNP-haltigen Implantaten auf die frühe Phase der Osteoblastogenese und deren Schlüsseltranskriptionsfaktoren, Runx2 und Osterix, untersucht. In der Studie wurden AgNP-funktionalisierte Scaffolds aus PMMA, Titan und Kollagen Typ I sowie Kontrollgruppen mit AgNP-freien Implantaten (n = 72) in die Tibiae von Sprague-Dawley Ratten implantiert. Nach einer Standzeit von 4 Wochen und 6 Monaten wurden die Tibiaquerschnitte präpariert und immunhistochemische Untersuchung für Runx2 und Osterix durchgeführt. Die histomorphometrische Auswertung umfasste die Quantifizierung der Runx2- und Osterix-positiven Präosteoblasten und Osteoblasten in Relation zur Trabekelfläche und dem Trabekelumfang. Die Ergebnisse zeigten eine signifikante Reduktion der Runx2-positiven Präosteoblas-ten an den mit AgNP beschichteten Titanimplantaten nach 6 Monaten im Vergleich zu den Ergebnissen nach 4 Wochen. Eine Zunahme von Runx2-positiven Osteoblasten an diesen Implantaten wurde nicht beobachtet. Bei den AgNP-funktionalisierten Kollagenscaffolds wurde ebenfalls eine Reduktion der Runx2-positiven Präosteoblasten und Osteoblasten festgestellt. Diese Ergebnisse wurden durch die Osterix-Immunhistochemie bestätigt, während keine Regulation von Osterix an den Titanimplantaten und keine Regulation von Runx2 oder Osterix bei den PMMA-Implantaten beobachtet wurde. Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass AgNP-beschichtete Titanimplantate die Osteoblastendifferenzierung verzögern können, was ihren Einsatz auf hochinfektiöse Fälle limitiert. Bei Kollagenscaffolds mit hoher AgNP-Freisetzungsrate wurden negative Auswirkungen auf die Osteoblastogenese beobachtet, was eine sorgfältige Nutzen-Risiko-Abwägung erfordert. Im Kontrast dazu zeigen AgNP-funktionalisierte PMMA-Scaffolds mit und ohne Gentamycin keine signifikante Beeinträchtigung der Osteoblastogenese, was ihren Einsatz in der Knochenheilung und Infektionsprävention bei Implantaten vielversprechend erscheinen lässt.