Osteogenes Regenerationspotential aus einem innovativen chirurgischen Saugeransatz

Fragestellung Die Behandlung von Knochendefekten stellt noch immer eine Herausforderung in der Orthopädie und Unfallchirurgie dar. In Vorarbeiten zeigte ein autologes Zell-Gewebe-Komposit, welches intraoperativ in einem chirurgischen Saugansatz aufgefangen wurde, ein hohes osteogenes Regenerationspotenzial (1).

In einem Folgeprojekt wurde ein innovatives Saugersystem BoneFlo^® (TissueFlow GmbH, GER) entwickelt, in welches sich Filterelemente aus unterschiedlichen Biomaterialien integrieren lassen. In der vorliegenden Studie sollte die Frage beantwortet werden, ob das verwendete Biomaterial die Qualität und Quantität der im Filter gesammelten Gewebebestandteile und der hieraus isolierten mesenchymalen Stromazellen (MSCs) beeinflusst.

Methodik Jeweils 10 ccm allogene Spongiosa (Allo) bzw. Tricalciumphosphat (TCP) wurden in einen Saugeransatz gefüllt und unmittelbar nach erfolgter Osteotomie für jeweils 10 min. bei elektiven Hüft-Totalendoprothesen-Operationen bei 10 Patienten eingesetzt. Die im Knochenersatzmaterial enthaltenen Zellen wurden in vitro isoliert und der Anteil mononukleärer Zellen (MNC) sowie deren Regenerationsfähigkeit über einen Colony-Forming-Unit Assay ermittelt. Die Zellen der 3. Passage wurden durchflusszytometrisch auf typische Oberflächenmarker für mesenchymale Stromazellen (MSC) charakterisiert (2,3).

Ergebnisse und Schlussfolgerung Aus allen gesammelten Proben konnten MNCs isoliert werden (n=20). Dabei zeigte sich eine positive Korrelation zwischen dem Gewicht des abgesaugten Materials und der Menge an MNC (r=0,617; p =0,077 für Allo vs r=0,833; p < 0,005 für TCP; Spearman).

Die Ausbeute an MNC pro g Knochenersatzstoff war bei Allo höher mit 4,3±2,4 x 106 MNC/g als bei TCP (2,3±1.8 x 106/g; p =0,059). Vergleichbar war hingegen die Generationszeit und damit die Proliferationspotenz der adhärenten Zellen mit 6,9±2,5 (Allo) und 6,3±2,7 Tagen (TCP) (2. Passage).

Das Regenerationspotential gemessen anhand von CFU lag im ∅ bei 7,6±7,59 CFU/106 MNC pro Well für TCP höher als für Allo mit 4,07±3,22 CFU/106 MNC pro Well (p =0,222).

Die Analyse der MSC-Oberflächenmarker zeigte keine biomaterial-abhängigen Unterschiede. Die Zellen beider Gruppen (Allo,TCP) waren positiv für CD29/73/90/105 und negativ für CD34/45/31. Ebenso war die mesenchymale Differenzierungspotenz beider Gruppen vergleichbar: Bei der Allo Gruppe differenzierten 77 % der Zellen in die osteo-, 100 % in die adipo- und 100 % in die chondrogene Linie, in der TCP Gruppe waren es entsprechend 94 %, 100 % und 100 %. Nach den vorliegenden Ergebnissen bestehen somit keine signifikanten Unterschiede im Regenerationspotential und im Anteil mesenchymaler Stromazellen zwischen allogener Spongiosa und TCP als Trägerwerkstoff für abgesaugtes periossäres Gewebe.

Perspektivisch eignet sich das weiterentwickelte Saugeransatz-System somit für unterschiedliche Knochenersatzstoffe und ist somit flexibel einsetzbar.

1. Henze et al. Stem Cell Research & Therapy (2019)

2. Dominici et. al. Cytotherapy (2006)

3. Chu et al. J Am Acad Orthop Surg (2019)

Stichwörter Knochendefekt, Regeneration, Knochenersatz, BoneFlo

Publication History

Article published online:
15 October 2020