Stimulation der Regeneration von Knochendefekten durch Einsatz einer Biokeramik und autologer Osteoblastentransplantation

Zusammenfassung

Fragestellung. Ist es möglich, Critical-size-Defekte durch die artifizielle Stimulation von Osteokonduktion und Osteogenese zur knöchernen Ausheilung zu bringen, sodass spätere Knochentransplantate nicht mehr notwendig werden?

Material und Methode. Der knöcherne Durchbau von definierten Critical-size-Defekten im Bereich des vorderen Unterkieferkörpers wurde bei 24 adulten Minischweinen klinisch, histologisch und im Rasterelektronenmikroskop analysiert. Die Defekte wurden mit einer im innovativen Sol-Gel-Verfahren hergestellten Biokeramik, bestehend aus 60% Hydroxylapatit (HA) und 40% β-Trikalziumphosphat (βTCP), allein bzw. kombiniert mit autologen kultivierten Osteoblasten aufgefüllt. In einer Kontrollgruppe wurden die Defekte nur mit Periost gedeckt. Das Beobachtungsintervall betrug 5 Wochen. Dabei wurde die Rolle des Periosts, der Biokeramik und der autolog transplantierten Osteoblasten untersucht.

Ergebnisse. Die Biokeramik zeigte eine der Knochenneubildung angepasste Biodegradation und führte mit 72,3% im Vergleich zur Kontrollgruppe (59,3%) zu einer ausgeprägteren Reossifikation der Defekte. Die Defektauffüllung mit autologen, durch Kultivierung vermehrten Osteoblasten in Kombination mit dieser Biokeramik führte zu keiner weiteren Steigerung des Knochendurchbaus.

Schlussfolgerung. Die in vivo getestete hochporöse Biokeramik, die sich durch ein lockeres Kristallgefüge auszeichnet, ist als ein geeignetes Knochenersatzmaterial einzuschätzen, welches auch als Matrix für osteoinduktive Substanzen, wie z. B. BMP (bone morphogenic protein), dienen könnte.

Abstract

Question. Does artificial stimulation of osteoconduction and osteogenesis lead to improved bone formation in defects of critical size?

Material and methods. Full-thickness, critical-sized defects in the anterior mandible were created in 24 adult mini-pigs. These defects were treated with a new kind of bioactive ceramic (60% hydroxylapatite and 40% β-tricalcium phosphate), applied as a unique sol gel [9]. The bioceramic was tested alone and in combination with autologous osteoblasts. In a control group, periosteum was the only bone-producing source. After 5 weeks, the animals were sacrificed and the defects analyzed clinically, histologically, and by X-ray examination. The effects of periosteum, bioceramics, and osteoblasts were investigated in particular.

Results. The new bioceramic was degraded at the same speed as new bone was laid down. The rate of newly formed bone was highest in the bioceramic group at 72.3% (control group with periosteal covering only 59.3%). Additional transplantation of autologous osteoblasts did not result in faster bone production.

Conclusion. It seems that this bioactive ceramic is successful as a bone replacement material and will be suitable as a carrier for osteoinductive substances such as bone morphogenetic proteins.