Blutgefäßneubildung und Knochenremodeling von Eisenschaumimplantaten im osteoporotischen Frakturdefekt

Das Ziel dieser Dissertation ist es, den Einfluss von Eisenschaumimplantaten mit zusätzlicher Strontiumkarbonat- (Fe-Sr) oder Bisphosphonatbeschichtung (Fe-Bp) auf die Knochen- und Gefäßneubildung in einem kritischen Metaphysendefekt im osteoporotischen Rattenmodell gegenüber wirkstofffreiem Eisenschaum (Fe-plain) zu untersuchen. Für diese Studie wurden 69 weibliche Sprague-Dawley Ratten randomisiert und in drei Gruppen unterteilt: (1) Fe-plain (n=23); (2) Fe-Sr (n=23); (3) Fe-Bp (n=23). Um einen osteoporotischen Zustand in den Ratten zu erreichen, wurde eine bilaterale Ovarektomie durchgeführt sowie eine dreimonatige spezielle Ernährung gewählt. Nach diesen drei Monaten erfolgte eine 4 mm große keilförmige Osteotomie der Metaphyse der linken Femora, die anschließend mit einer T-Miniplatte stabilisiert wurden. Der entstandene Defekt wurde mit Fe-plain, Fe-Sr oder Fe-Bp gefüllt. Nach einer Standzeit von 6 Wochen wurden die Tiere euthanasiert und die Femora entfernt. Es konnte keine feste Verbindung zwischen dem Biomaterial und dem umliegenden Gewebe in allen drei Gruppen festgestellt werden. In den Gruppen Fe-plain und Fe-Bp wurde eine Abkapselung des Biomaterials beobachtet. Außerdem wurde gesehen, dass durch den Einfluss von Strontiumkarbonat die Degradation des Eisenschaums gesteigert und die Biokompatibilität verbessert werden konnten. So wurde eine Abkapselung des Biomaterials in der Gruppe Fe-Sr im geringeren Maße festgestellt. Die histomorphometrischen Ergebnisse zeigen eine signifikant gesteigerte Knochenneubildung von Fe-Sr im Vergleich zu Fe-plain in der Implantatregion (p = 0,03). Auch im Vergleich zwischen Fe-Bp und Fe-plain besteht eine hoch signifikant gesteigerte Knochenneubildung in der Implantatregion (p = 0,01) und eine signifikant gesteigerte Knochenneubildung in der Grenzflächenregion (p = 0,03) durch die Bisphosphonatbeschichtung. Darüber hinaus wurden keine signifikanten Unterschiede zwischen den Gruppen im Hinblick auf das unmineralisierte Gewebe und Anzahl der neugebildeten von Blutgefäßen gesehen. Jedoch zeigte sich, dass durch den Einfluss von Bisphosphonat überwiegend kleine Gefäßdurchmesser mit einer dünneren Wandstärke entstanden sind, während die Gefäßdurchmesser der beiden Vergleichsgruppen mehrheitlich größer und die Gefäßwandstärke dicker waren. In den immunhistochemischen Ergebnissen zeigten sich eine erhöhte Expression von OPG mit gleichzeitiger Senkung der RANKL Reaktion in Fe-Sr und Fe-Bp im Vergleich zu Fe-plain. Die immunhistochemisch nachgewiesene Reduktion des RANKL/OPG Quotient stellt eine Hemmung Osteoklastogenese und eine verminderte Knochenresorption dar. Es wurden keine Unterschiede in der relativen Genexpressionsanalyse zwischen den drei Gruppen gefunden. Schlussfolgernd wird festgestellt, dass Strontiumkarbonat und Bisphosphonat in den getesteten Eisenschaumimplantaten gegenüber wirkstofffreien Eisenschaumimplantaten einen positiven Effekt auf die Knochenneubildung besitzen und zu einer lokalen Senkung der Knochenresorption führen. Auch wird ein positiver Einfluss von Strontium auf die Angiogenese nachgewiesen, welche eine wichtige Rolle in der Knochenneubildung spielt.