Der Einfluss von Bone Morphogenetic Protein-2 (BMP-2), Vascular Endothelial Growth Factor (VEGF) und basischem Fibroblastenwachstumsfaktor (b-FGF) auf Osteointegration, Degradation und biomechanische Eigenschaften eines synthetischen Knochenersatzstoffes

Zusammenfassung

Einleitung: Ziel dieser Studie war es in einem tierexperimentellen Modell zu prüfen, inwieweit die Osteointegration und die Degradation einer neutralisierten Glaskeramik durch Beladung mit unterschiedlichen Wachstumsfaktoren optimiert werden kann. Material und Methodik: Die neutralisierte Glaskeramik GB9N wurde mit Bone Morphogenetic Protein-2 (BMP-2, 100 µg/100 µl), mit Vascular Endothelial Growth Factor (VEGF, 100 µg/100 µl), basischem Fibroblastenwachstumsfaktor (b-FGF, 60 µg/100 µl) oder unbeladen in den medialen Tibiakopf von adulten Merinoschafen implantiert (n = 48). 4 Wochen (n = 24) und 9 Monate (n = 24) postoperativ erfolgten die histologischen, histomorphometrischen und biomechanischen Auswertungen. Als Kontrolle diente ein Explantat aus der gegenseitigen, unbehandelten Tibia. Ergebnisse: Die neu gebildete Knochenmenge unterschied sich in den Untersuchungsgruppen nach 4 Wochen. Während die Beladung mit b-FGF und VEGF zu keiner signifikanten Steigerung der Knochenmasse gegenüber der unbehandelten Gruppe führte, bewirkte die Zugabe von BMP-2 neben einer signifikanten Zunahme der Knochenmasse auch eine signifikante Reduktion der verbliebenen Ersatzstoffmenge. Die biomechanischen Untersuchungen nach 4 Wochen zeigten eine nur geringfügig höhere Belastbarkeit des Explantates nach Beladung mit BMP-2 im Vergleich zu den anderen Gruppen. 9 Monate postoperativ unterschieden sich die Untersuchungsgruppen bezüglich der gebildeten Knochenmasse nicht mehr signifikant. In der Gruppe mit BMP-2 Beladung fand sich jedoch eine signifikant geringere Menge verbliebener Keramik. Die biomechanischen Daten aller Untersuchungsgruppen wiesen Druckfestigkeiten auf, die der Kontrolle entsprachen. Schlussfolgerung: Die vorliegende Studie hat gezeigt, dass durch eine Kombination eines synthetischen Knochenersatzstoffes mit knochenstoffwechselrelevanten Wachstumsfaktoren einzelne Parameter des Knochenremodelings günstig beeinflusst werden können.

Abstract

Introduction: It was the purpose of this investigation to test the osteointegrative capacity and the degradation rate of a neutralized glass ceramic within an animal model after loading with different growth factors. Materials and Methods: The glass ceramic GB9N was implanted in the medial tibial head of mature merino sheep (n = 48) after being loaded with either Bone Morphogenetic Protein-2 (BMP-2, 100 µg/100 µl), Vascular Endothelial Growth Factor (VEGF, 100 µg/100 µl), basic Fibroblast Growth Factor (b-FGF, 60 µg/100 µl) or unloaded. At 4 weeks (n = 24) and 9 months (n = 24) after operation histomorphological, histomorphometrical and biomechanical investigations were performed. Results: The amount of newly formed bone was different within the study groups after 4 weeks. BMP-2 induced a significant increase in bone formation and a significant decrease of residual substitute. b-FGF and VEGF induced no such effects in comparison to the controls. Biomechanical investigations could only demonstrate slight increases of the maximal fracture load in the BMP-2 group after 4 weeks in comparison to the others. At 9 months after operation no differences concerning newly formed bone could be found in the study groups comparing to the controls. Only the amount of residual substitute was still significantly lower in the BMP-2 group. Biomechanical data could demonstrate maximal fracture loads of all study samples achieving the level of the controls. Conclusion: This investigation has demonstrated that by combining synthetic bone substitutes with growth factors certain parameters of the bone remodelling process can intitially be influenced in a positive way.

Schlüsselwörter

Synthetischer Knochenersatzstoff - Wachstumsfaktoren - In-vivo-Versuch - Remodelling - Biomechanik

Key words

Synthetic bone subsitute - growth factors - in-vivo investigation - remodelling - biomechanics

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