Wachstumsverhalten von humanem, trabekulärem Knochen unter verschiedenen Belastungsbedingungen in einem neuartigen Kultur- und Belastungssystem

Im Rahmen der Etablierung eines neuen Kultur- und Belastungssystems für trabekulären Knochen wurden die Möglichkeiten der Langzeitkultur von humanem Knochen untersucht. Das unter dem Namen ZETOS in Marburg von Jones und Smith entwickelte Kultur- und Belastungssystem bietet die Möglichkeit zylinderfö...

Ausführliche Beschreibung

Gespeichert in:
1. Verfasser: Daume, Benjamin
Beteiligte: Boudriot, Ulrich (Dr.) (BetreuerIn (Doktorarbeit))
Format: Dissertation
Sprache:Deutsch
Veröffentlicht: Philipps-Universität Marburg 2008
Orthop
Schlagworte:
Online Zugang:PDF-Volltext
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Zusammenfassung:Im Rahmen der Etablierung eines neuen Kultur- und Belastungssystems für trabekulären Knochen wurden die Möglichkeiten der Langzeitkultur von humanem Knochen untersucht. Das unter dem Namen ZETOS in Marburg von Jones und Smith entwickelte Kultur- und Belastungssystem bietet die Möglichkeit zylinderförmige Knochenproben ( 1 cm Ø, 0,5 cm hoch ) unter kontrollierten Bedingungen in Kultur zu halten und diese mechanisch zu belasten. Hierbei können die Größen Kompression und Kraft gesteuert und gemessen werden. Ziel des Versuchs war es, trabekuläre Knochenproben aus dem Hüftkopf eines 68jährigen Patienten, der sich einer Hüft-TEP Operation unterziehen musste, über mehrere Wochen in Kultur zu halten und diese mechanisch zu belasten. Es konnten insgesamt 20 Knochenproben aus dem Hüftkopf gewonnen werden. Zwei Proben schieden aufgrund von Infektionen vorzeitig aus dem Versuch aus. Letztendlich konnten 18 Proben über insgesamt 50 Tage in Kultur gehalten werden. Zu Beginn wurden drei Versuchsgruppen gebildet. Zwei Belastungsgruppen, welche zum Einen mit 2000 µstrain, zum Anderen mit 4000 µstrain über 5 Minuten täglich mit einer Frequenz von 1 Hz belastet wurden. Die dritte Gruppe wurde als Kontrolle nicht belastet. Die Knochenproben wurden während des Versuchs an drei Tagen mit verschiedenen Fluoreszenz-Farbstoffen gelabelt. Die spätere histologische Aufarbeitung sollte zeigen, ob ein messbares Knochenwachstum stattgefunden hat. An zwei Tagen wurde nach Belastung über 12 Stunden Prostaglandin E2 und am zweiten Messtag zusätzlich Il-6, TNF-α und Osteoprotegerin bestimmt. Hier sollten die lokalen Regulationsmechanismen des Knochenstoffwechsels genauer untersucht werden. In allen drei Versuchsgruppen konnte histologisch ein Knochenwachstum mit einer durchschnittlichen MAR von 0,59526 µm/Tag festgestellt werden. Es zeigte sich kein signifikanter Unterschied zwischen den einzelnen Gruppen. Jedoch waren in den Belastungsgruppen die Osteoidbildung sowie die aktive Knochenoberfläche signifikant gegenüber der Kontrollgruppe erhöht. Ebenfalls waren Pg E2, Il-6 und TNF-α in den Belastungsgruppen eine Stunde nach Belastung signifikant gegenüber der Kontrollgruppe erhöht. Die Vitalität der Knochenproben über den Versuchzeitraum konnte durch die vermehrte Osteoidbildung innerhalb der Proben und durch die messbare Ausschüttung von lokalen Mediatoren nachgewiesen werden. Bei der Reaktion der Knochenproben auf die Belastung muss von der Induktion eines vermehrten Knochenumbaus ausgegangen werden, da einerseits ein nachweisbarer Knochenaufbau stattfand, andererseits vermehrt Mediatoren in Form von Il-6 und TNF- ausgeschüttet wurden, die dem Knochenabbau über Aktivierung von Osteoklasten dienen. Die Messung des E-Moduls führte aufgrund von Kalibrierungsschwankungen der Kompressionseinheit zu keinen verwertbaren Ergebnissen. Die Messung der aufgewendeten Kräfte zeigte aber, dass eine Belastung im physiologischen Bereich erfolgt war. Die Höhe der Kompression konnte hier nicht genau ermittelt werden. Die Weiterentwicklung des Systems ist Ziel weiterer Arbeiten. Die Automatisierung des Kultur- und Belastungsvorgangs soll die Möglichkeit zur Untersuchung größerer Probenzahlen ermöglichen, um reproduzierbare Daten unter kontrollierten Bedingungen zu erhalten.