Einfluss von biodegradierbaren PLLA(Poly-L-Lactid-Nanofasern auf die Knochenheilung am standardisierten Critical-Size-Defektmodell der Ratte

Ziel dieser Studie war es, die Biokompatibiltät und mögliche osteoinduktive Eigenschaften von Poly-L-Lactid Nanofasern am standardisierten Kalottendefektmodell der Ratte zu testen. Dazu wurden 90 Ratten der Gattung Sprague Dawley in drei Versuchsgruppen unterteilt: Leerkontrollen, Kontrollgruppe (Tu...

Ausführliche Beschreibung

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Bibliographische Detailangaben
1. Verfasser: Schaefer, Jan Thomas
Beteiligte: Schofer, Markus (Prof. Dr.) (BetreuerIn (Doktorarbeit))
Format: Dissertation
Sprache:Deutsch
Veröffentlicht: Philipps-Universität Marburg 2012
Orthop
Schlagworte:
Online Zugang:PDF-Volltext
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Beschreibung
Zusammenfassung:Ziel dieser Studie war es, die Biokompatibiltät und mögliche osteoinduktive Eigenschaften von Poly-L-Lactid Nanofasern am standardisierten Kalottendefektmodell der Ratte zu testen. Dazu wurden 90 Ratten der Gattung Sprague Dawley in drei Versuchsgruppen unterteilt: Leerkontrollen, Kontrollgruppe (Tutobone©-Chips) und PLLA-Fasern. Den Ratten wurden zwei 5mm messende kreisrunde Kalottendefekte mit einem Trepanationsbohrer gesetzt und anschließend entweder leer belassen oder mit Tutobone© bzw. PLLA-Implantaten befüllt. Nach vier, acht und zwölf Wochen wurden je 10 Tiere aus den Gruppen entnommen und sowohl radiologisch als auch laborchemisch und (immun)histologisch untersucht. In der laborchemischen Untersuchung zeigten sich keine Hinweise auf eine anhaltende Entzündungsreaktion. Anhand der alkalischen Phosphatase wurde ein bestehender Knochenanbau nachgewiesen, durch Messung des CRPs eine systemwirksame Abstoßungsreaktion ausgeschlossen. Es zeigten sich keine relevanten statistisch signifikanten Unterschiede der Laborwerte zwischen den Gruppen, zudem war keine Erhöhung der Entzündungsparameter zu verzeichnen. Eine systemisch wirksame Abstoßungsreaktion konnte somit nicht nachgewiesen werden.In den Standardfärbungen durch HE und Masson-Goldner Färbung konnte ebenfalls kein Nachweis einer lokalen Entzündungsreaktion mit Invasion Granulozyten, Lymphozyten oder Auflockerung des Gewebes aufgezeigt werden. Die PLLA Präparate waren jedoch insgesamt von vielen Zellen durchsetzt. Als Eigenheit stellten sich mehrkernige Riesenzellen ohne Granulombildung dar, welche am ehesten als Fremdkörperriesenzellen zu interpretieren sind. Eine lokale Entzündungsantwort im Defektbereich konnte somit nicht sicher ausgeschlossen werden. Des Weiteren wurden die Zellzahlen im Defektbereich gemessen, um die Eignung der Präparate als Leitstruktur für die Zellinvasion zu überprüfen. Hierbei stellten sich nach vier Wochen keine signifikanten Unterschiede in den Gruppen heraus, nach acht und zwölf Wochen wurde aber ein Unterschied zwischen den Negativkontrollen und PLLA deutlich. In der PLLA-Gruppe waren zu diesem Zeitpunkt signifikant mehr Zellen vorhanden als in der Negativgruppe. Gleiches galt im Vergleich zur Tutobone©-Gruppe. Diese Unterschiede waren jedoch nicht signifikant. PLLA scheint demnach in vivo eine adäquate Leitstruktur für die Invasion von Zellen zu sein und ist einer Negativkontrolle wohlmöglich überlegen. Um die Knochenneubildung zu quantifizieren, wurden histologische Schnitte in der Mitte der Defekte angefertigt und der neu gebildete Knochen in das Verhältnis zur Defektfläche gesetzt. Dabei war bei der Tutobone- und PLLA-Gruppen eine signifikante Zunahme der Knochenneubildung zwischen vier und zwölf Wochen zu sehen, nicht jedoch in der Leerdefektgruppe. Es war dennoch zum Zeitpunkt zwölf Wochen zwischen den Gruppen kein signifikanter Unterschied festzustellen, wenn auch der Unterschied zwischen Tutobone© und Negativkontrolle 20% betrug. In der PLLA-Gruppe wurde mehr Knochen als in der Leerkontrolle gebildet, hingegen jedoch weniger als in der Tutobone© Gruppe. Bei fehlender statistischer Signifikanz konnte somit kein Vorteil für PLLA im Vergleich zur Negativkontrolle oder Tutobone© aufgezeigt werden. Die Ergebnisse der histologischen Untersuchung wurden durch gleichzeitig durchgeführte radiologische Evaluation der Defektstellen unterstützt. Damit konnte die Hypothese, dass PLLA nicht osteoinduktiv wirkt, durch einen in vivo Versuch unterstützt werden. Immunhistologische Färbungen wurden sowohl für Kollagen1A1 als auch für Osteocalcin, BMP-2 und SMAD5 angefertigt und die Zellen ausgezählt, welche sich auf den jeweiligen Antikörper hin positiv darstellten. Während in der Negativkontrolle insgesamt konstant niedrige Werte erzielt wurden, kam es in der Tutobone©-Gruppe, nach einem Abfall der positiven Zellen von vier auf acht Wochen, nach zwölf Wochen zu hohen Werten. In der PLLA-Gruppe kam es nach acht Wochen zu Höchstwerten, welche im Anschluss nach zwölf Wochen auf Werte unter derjenigen der Negativkontrolle fielen. Dies könnte mit der bereits in vitro nachgewiesenen Downregulation osteoblastärer Gene durch PLLA im Zusammenhang stehen. Zusammenfassend konnte eine gute Biokompatibiltät von PLLA-Nanofasern ohne Zeichen einer lokalen oder systemisch wirksamen Entzündungsreaktion festgestellt werden. Es wurde eine erhöhte Zellzahl im Vergleich zur Negativkontrolle nachgewiesen, es fand jedoch keine signifikant erhöhte Knochenneubildung statt. Diese fehlende Osteoinduktivität bestätigte sich zudem in den immunhistochemischen Färbungen.
DOI:https://doi.org/10.17192/z2012.1071