Die Versorgung von Frakturen mit Osteosynthesematerial und der erfolgreiche Einsatz von Implantaten stellt vor dem Hintergrund systemischer Knochenerkrankungen, insbesondere der Osteoporose, eine Herausforderung dar. Gerade in einer zunehmend älteren Gesellschaft ist eine steigende Inzidenz von Frakturen zu erwarten. Nicht zuletzt bedeuten durch Osteoporose bedingte Knochenbrüche eine gesamtgesellschaftliche ökonomische Belastung und für die Betroffenen oftmals eine dauerhafte Einschränkung ihrer Lebensqualität. Die Verbesserung der Materialeigenschaften von Implantat- und Osteosynthesematerialien ist ein Ansatz, um den Behandlungserfolg weiter zu verbessern. In dieser Arbeit wurden Polyelektrolytkomplex-Nanopartikel, welche mit dem zur Behandlung der Osteoporose zugelssenen Wirkstoff Risedronat beladen wurden, hinsichtlich ihrer Eignung als funktionalisierende Beschichtung für Titanoberflächen evaluiert.Anhand von Kulturen mesenchymaler Stromazellen aus Bohrmehlproben jeweils fünf knochengesunder und osteoporotischer Individuen verschiedenen Alters und Geschlechts wurde der Einfluss der Testmaterialien auf die osteogene Differenzierung, Lebensdauer und Funktion von Zellen der osteogenen Reihe untersucht. Gerade diese Zellen sind von Interesse, da eine gegenüber der Knochenresorption zu geringe Knochenformierung durch Osteoblasten und eine gesteigerte Apoptose von Osteozyten zu pathologischem Knochenschwund führen.Auf Platten aus einer für Knochenersatzmaterialien entwickelten Titan-Niob Legierung mit einer Beschichtung aus risedronathaltigen Polyelektrolytkomplex-Nanopartikeln wurden mesenchymale Stromazellen kultiviert. Nach Zugabe von osteogenem Differenzierungsmedium wurde zu verschiedenen Zeitpunkten die Zellvitalität, der Erfolg der osteogenen Differenzierung sowie das Ausmaß der Mineralisierung extrazellulärer Matrix für das oben beschriebene Material im Vergleich zu Platten mit einer Beschichtung aus direkt aufgebrachtem Risedronat und unbeladenen Nanopartikeln, mit unbeschichteten Platten sowie mit materialfreien Zellkulturen bestimmt. Hierfür wurden MTT-Zellvitalitätsassays und mikroskopische Lebendzellbeobachtungen durchgeführt, die Kalzium- und Osteokalzinkonzentration im Überstand gemessen, die Aktivität der alkalischen Phosphatase in Bezug auf das Gesamtprotein im Zellysat bestimmt sowie extrazelluläre Kalziumablagerungen mit Alizarinrot S Farbstoff gefärbt und quantifiziert.Risedronat wirkte unter Verwendung größerer Mengen von 2,5 × 10-7 mol bereits zu Beginn der Versuchszeit toxisch auf die Zellkulturen. Dies wurde früh mikroskopisch sowie am Ende der einmonatigen Versuchszeit anhand des Vitalitätsassays und der durch Kalziummessungen nachvollzogenen Mineralisierung sichtbar. Die Wirkung des Medikaments wurde dabei durch eine Applikation über die Polyelektrolytkomplex- Nanopartikelbeschichtung verstärkt und trat insbesondere im knochengesunden Kollektiv zum Vorschein. Die wirkstofffreie Polyelektrolytkomplex-Nanopartikelbeschichtung selbst hatte hierbei zu keinem Zeitpunkt einen toxischen Einfluss.Nach starker Verringerung der Risedronatmenge auf 2,5 × 10-11 mol in einen Bereich, in welchem protektive Effekte auf Osteoblasten erwartet werden, konnten bei starker individueller Abweichung einzelner Zellkulturen voneinander keine Auswirkungen des Wirkstoffes nachgewiesen werden. Ein signifikanter Anstieg an Kalziumablagerungen unter Verwendung wirkstofffreier Titan-Niob-Platten blieb für Kombinationen mit selbst geringen Risedronatmengen jedoch aus.Einen beobachteten Abfall der Osteokalzinkonzentration im Überstand gegen Ende der Versuchszeit gilt es weiter zu untersuchen.Insgesamt zeigten Polyelektrolytkomplex-Nanopartikel als adhärente Beschichtung eine uneingeschränkte Biokompatibilität mit mesenchymalen Stromazellen im Verlauf ihrer osteogenen Differenzierung. Zudem setzten sie ihren Wirkstoff effektiv frei. Vorbehaltich einer weiter verbesserten Freisetzungskinetik und Bestätigung osteoprotektiver Effekte in nanomolaren Konzentrationsbereichen wären risedronathaltige Polyelektrolytkomplex-Nanopartikel zur lokalen Funktionalisierung von Titanoberflächen vielversprechend und könnten Nebenwirkungen einer systemischen Risedronattherapie an Implantaten vermeiden helfen.
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