Einfluß verschiedener Desinfektions- und Sterilisationsverfahren für allogene Knochentransplantate auf die Osteoblastenfunktion in-vitro

In speziellen Situationen mit ausgedehntem Knochensubstanzverlusst ist die Verwendung von allogenen Knochentransplantaten unumgänglich. Das allogene Knochentransplantat muss dabei viele Anforderungen erfüllen, die vor allem seine Sterilität, die Erhaltung der osteokonduktiviven u...

Ausführliche Beschreibung

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Bibliographische Detailangaben
1. Verfasser: Hofmann, Alexander
Beteiligte: Prof. Dr.med. Gotzen, Leo (BetreuerIn (Doktorarbeit))
Format: Dissertation
Sprache:Deutsch
Veröffentlicht: Philipps-Universität Marburg 2004
Operative Medizin
Schlagworte:
Online Zugang:PDF-Volltext
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Beschreibung
Zusammenfassung:In speziellen Situationen mit ausgedehntem Knochensubstanzverlusst ist die Verwendung von allogenen Knochentransplantaten unumgänglich. Das allogene Knochentransplantat muss dabei viele Anforderungen erfüllen, die vor allem seine Sterilität, die Erhaltung der osteokonduktiviven und osteoinduktiviven Eigenschaften, sowie eine adäquate Resorbierbarkeit betreffen. Aufgrund der Problematik einer potenziellen Krankheitserregerübertragung durch allogene Knochentransplantate werden heute zahlreiche Knochendesinfektions- und Sterilisationsverfahren angewendet. Die biologischen Eigenschaften unterschiedlich behandelter Knochentransplantate sind aufgrund ihrer physikalischen und chemischen Veränderung im Hinblick auf die Einheilung und das Knochenremodelling jedoch sehr unterschiedlich. Als eine mögliche Erklärung für diese Beobachtungen wird die Erhaltung bzw. die Zerstörung von bestimmten Proteinbestandteilen (z.B. BMP) der Knochenmatrix postuliert, die eine osteoinduktive Potenz aufweisen. Als Zielzellen dieser Proteine fungieren unter anderem die Osteoblasten, die ihrerseits neues Osteoid bilden, die Osteoklasten aktivieren und so das Knochentransplantatremodelling einleiten. In der vorliegenden Arbeit wurde der Einfluss von fünf etablierten Knochendesinfektions- und Sterilisationsverfahren (Autoklavierung, Ethylenoxidsterilisation, Demineralisierung und Niedrig-Temperatur-Plasmasterlisation, Chemische Sterilisation nach TutoplastÒ, Thermodesinfektion bei 80°C) auf die Osteoblastenfunktion untersucht, um die Veränderung der Zelladhäsion, der Vitalität, der Proliferation, der Differenzierung und der Proteinsyntheseaktivität nachzuweisen. Die Ergebnisse zeigen, dass die Temperaturbehandlung der Knochenmatrix eine Auswirkung auf die Adhäsion der Osteoblasten hat. Die Behandlung mit besonders hohen Temperaturen (Autoklavierung) führt dazu, dass im serumhaltigen Medium die Zelladhäsion im Vergleich zur D-NTP-Gruppe (Demineralisierung und Niedrigtemperatur-Plasmasterilisation) verlangsamt erfolgt. Die D-NTP-Gruppe zeigte von allen Gruppen insgesamt die höchsten Adhäsionsraten. Die Bedeutung der Serumproteine für den Adhäsionsprozess der Osteoblasten auf der Knochenmatrix wurde aus dem analogen Versuch ohne Serumzusatz zum Medium ersichtlich. Die Zelladhäsionsdynamik war insgesamt verlangsamt, wobei die Zellen der D-NTP-Gruppe wiederum schneller adhärent wurden. Die deutlichen Unterschiede zwischen der AUT- und anderen Testgruppen egalisierten sich vollständig, wenn das Serum im Inkubationsmedium fehlte, was für die Veränderung der Bindungskapazität der Knochenmatrix für Serumproteine durch die Erhitzung spricht. Betrachtet man die Ergebnisse einzelner Versuche insgesamt und vor allem solche Proliferationsparameter wie MTT-Aktivität und DNA-Gehalt, so lässt sich zweifelsfrei ein stimulativer Effekt der Knochenmatrix auf das Wachstum und die Differenzierung der periostalen Osleoblasten feststellen. Bei vergleichbar schneller Proliferation der Zellen der Kontrollgruppe waren die spezifischen Differenzierungsparameter (Osteokalzinsynthese) in der Kontrollgruppe im Vergleich zu anderen Testgruppen merklich verringert. Die höchsten Proliferationsraten nach 1 und 3 Wochen wurden im MTT-Versuch in der D-NTP-Gruppe festgestellt. Diese Ergebnisse korrespondieren mit dem DNA-Gehalt der Zellkulturen in der D-NTP-Gruppe, der nach der ersten Woche auf das 3,7fache und nach der dritten Woche auf das 9,4fache des Ausgangswertes und deutlich höher, als in allen anderen Gruppen, zugenommen hatte. Die höchste Konzentration der gelösten Proteinsubstanz wurde nach der ersten Woche in der CLD-Gruppe (Tutoplast-Verfahren) registriert. Während der weiteren Inkubation waren die höchsten Proteinkonzentrationen wiederum in der D-NTP-Gruppe beobachtet. Ähnlich hohe Konzentrationen wurden in den CLD- und 80°C-Gruppen erst nach einer Inkubationsdauer von 4 Wochen erreicht. Eine ähnliche Tendenz war auch aus der Gesamtproteinbestimmung des Zelllayers festzustellen, wobei die höchsten Werte in der D-NTP-Gruppe sowohl nach zwei, als auch nach vier Wochen gemessen wurden. Extrazelluläre Matrixproteine wie Kollagen Typ I sind notwendig für die Adhäsion, Migration, Proliferation und Differenzierung der Osteoblasten. Die Ergebnisse dieser Arbeit zeigen, dass verschiedene Behandlungsmethoden für Knochentransplantate die Kollagensynthese der Osteoblasten beeinflussen. Die höchsten Konzentrationen des Kollagen Typ I und III konnte in der D-NTP-Gruppe beobachtet werden. Diese Marker der ECM-Synthese korrelieren in dieser Gruppe mit den Ergebnissen der Gesamtproteinbestimmung und der Osteokalzinexpression, dem wichtigsten Marker der Osteoblastendifferenzierung. Die D-NTP-Behandlung der Knochentransplantate führt demnach nicht nur zu einer starken Induktion der Zellproliferation und Differenzierung der Osteoblasten, sondern auch zu einer deutlich verstärkten Expression der extrazellulären Matrix. Die zweithöchste Expression des Kollagen Typ I wurde in der 80°C-Gruppe festgestellt, gefolgt von den AUT-, CLD- und der EtO-Gruppen. Die vorliegende Arbeit beschreibt ein in-vitro-Modell zur Untersuchung des Einflusses verschiedener Sterilisations- und Desinfektionsverfahren für allogene Knochentransplantate auf die Funktion primärer boviner Osteoblasten. Im vorliegenden Versuch konnte zum ersten Mal ein deutlicher Einfluss unterschiedlicher Desinfektions- und Sterilisationsverfahren für Knochentransplantate auf die Osteoblastenfunktion gezeigt werden.