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Fragestellung: In einem ausgedehnten Knochendefekt kann das Einwachsen von knochenbildenden Zellen limitiert sein, da ohne Gefässe die Ernährung der regenerativen Zellen im Knochenkonstrukt insuffizient ist. Endotheliale Progenitorzellen (EPC) sind wichtig bei der Neovaskularisierung. Die frühe Vaskularisierung von grossen Knochendefekten kann für das Überleben und die Funktion von mesenchymalen Stammzellen (MSC) und knochenbildenden Zellen entscheidend sein. Kann die Implantation von EPC und MSC auf osteokonduktiven beta-Tricalciumphosphat (beta-TCP) in einem "critical-size" Knochendefekt des Femur von athymischen Ratten die frühe Vaskularisierung und die Knochenheilung in vivo verbessern?
Methodik: Humane EPC wurden aus Buffy-Coat und humane MSC aus Knochenmarkaspirat durch Dichtezentrifugation isoliert. 2.5 x 105 kultivierte und differenzierte EPC und MSC wurden in vitro auf beta-TCP geladen. In 145 athymischen, männlichen Ratten wurde das Femur osteotomiert, ein 5 mm Knochendefekt erzeugt und mit Fixateur externe stabilisiert. Die Knochendefekte wurden mit beta-TCP (Gruppe 1), beta-TCP und MSC (Gruppe 2), beta-TCP und EPC (Gruppe 3), beta-TCP und EPC und MSC (Gruppe 4) oder autologem Knochen (Gruppe 5) gefüllt. Nach 1 Woche (n=40), 4 Wochen (n=40), 8 Wochen (n=40) und 12 Wochen (n=25) wurden die Ratten getötet. Bei Pinlockerung wurde die Ratte ausgeschlossen. Die (immun)histologische Analyse (Färbung mit HE, VEGF-R2, vWF) der Vaskularisierung und Knochenneubildung erfolgte mit Image-Analysis-System. Nach 8 und 12 Wochen erfolgte ein µCT und ein 4-Punkte-Biegungstest. Für die statistische Analyse wurde der Kruskal-Wallis-Test verwendet.
Ergebnisse und Schlussfolgerungen: Nach 1 Woche zeigte sich bei der Implantation von EPC/MSC und EPC allein signifikant mehr primitive vaskuläre Plexus (p=0.01;p=0.048) als in Vergleichsgruppen. Im Vergleich zur TCP Gruppe war in allen anderen Versuchsgruppen signifikant mehr Knochenneubildung zu sehen (p<0.01). Ausserdem war in der EPC/MSC-Gruppe signifikant mehr Knochenbildung zu erkennen als in der MSC-Gruppe (p=0.03). Nach 12 Wochen zeigten alle Gruppen eine knöcherne Durchbauung des Defektes, jedoch zeigten bereits 8 Wochen nach Implantation von MSC/EPC 83% der Defekte eine stabile, knöcherne Durchbauung. Bei der Implantation von MSC kam es in 18% der Knochendefekte zum knöchernen Durchbau. Alle anderen experimentellen Gruppen zeigten nach 8 Wochen keine knöcherne Durchbauung. Diese Resultate konnten im µCT, biomechanischen Test und in der Histologie quantifiziert werden. EPC scheinen die frühe Vaskularisierung innerhalb eines Knochenkonstrukt in vivo zu stimulieren und das Einwachsverhalten von MSC zu verbessern, was zu einer beschleunigten Knochenheilung im Knochendefektmodell der Ratte führt.
Meeting abstract : Deutscher Kongress für Orthopädie und Unfallchirurgie (DKOU 2012), 23.10.-26.10.2012, Berlin.
Fragestellung: Die Behandlung langstreckiger Knochendefekte ist eine große Herausforderung. Die Masquelet-Technik zur Behandlung solcher Defekte ist eine zweizeitige Operationstechnik. Zuerst erfolgt die Insertion eines PMMA (Polymethylmethacrylat)-Zementspacers in den Knochendefekt, der die Bildung einer Membran induziert. Diese Membran enthält Wachstumsfaktoren und regenerative Zellen, die möglicherweise die Knochenheilung unterstützen. Nach einigen Wochen wird der Zementspacer entfernt und der induzierte Membranschlauch mit Beckenkammspongiosa aufgefüllt. Im weiteren Verlauf kommt es zu einer kompletten Knochenheilung. Ziele dieser Untersuchung waren die Etablierung der Masquelettechnik am Rattenmodell und die Definition eines Zeitpunkts, an welchem die Membran eine ausreichende Festigkeit sowie einen signifikanten Gehalt von Vorläuferzellen aufweist.
Methodik: Nach Genehmigung der Experimente wurden die Femura von 24 männlichen SD-Ratten osteotomiert. Die Lücke (10 mm) wurde mit PMMA-Zement aufgefüllt und mittels Miniplatte stabilisiert. Parallel wurden den Versuchstieren gleich große PMMA-Spacer subcutan unter die Rückenhaut implantiert. Nach 2, 4, bzw. 6 Wochen (W) erfolgte die Entnahme der Membranen. Ein Teil der Membran wurde für (immun)histologische Untersuchungen aufbereitet (CD34, vWF, van Giesson), ein Teil für die in vitro Kultur. Auswachsende Vorläuferzellen in vitro wurden über CD34 und STRO-1-Färbung nachgewiesen. Statistik: Mediane, Kruskal-Wallis-Test, p<0,05 ist signifikant.
Ergebnisse und Schlussfolgerungen: Im zeitlichen Verlauf nahmen die Vaskularisierung (vWF-positive Fläche [%]: 2 W: 1,8; 4 W:1.6 vs 6 W: 6,4), die Dicke der Membran ([µm]: 2 W: 350 vs 4W: 517, 6 W: 592) und der Bindegewebsanteil ([µm]: 2W: 201 vs 4W: 324, 6W: 404) signifikant zu. Der Hauptanteil elastischer Fasern war auf der dem Zement zugewandten Seite, Vaskularisierung war eher auf der Weichteil zugewandten Seite zu finden. Der Anteil CD34 positiver Zellen nahm signifikant ab (2W: 5%, 4 W: 4% vs 6 W: 1%). Auswachsende STRO-1 positive Zellen konnten nur in zweiwöchigen Membranen nachgewiesen werden. Ältere Membranen wiesen einen zunehmenden Anteil seneszenter Zellen auf. Subcutan induzierte Membranen waren vergleichbar, wiesen jedoch tendentiell eine geringere Dicke und keine STRO-1 positiven Zellen auf.
Mit dieser Studie wurde erstmalig die Induktion einer Membran nach Masquelet im Rattenmodell etabliert. Es konnte nachgewiesen werden, dass der strukturelle Aufbau sowie die zellulären Komponenten zeitlichen Änderungen unterliegen und der Ort der Induktion Einfluss auf die zellulären Komponenten der Membran hat. Junge Membranen (2W) enthielten CD34 und STRO-1 positive Zellen. 4W-Membranen enthielten nur CD34 positive Zellen wiesen aber einen signifikanten Bindegewebsanteil auf, der für eine erhöhte mechanische Stabilität spricht. Ob 2 bzw. 4 Wochen alte Membranen den Knochenheilungsprozess fördern, muss in weiterführenden Studien untersucht werden.
Die doppelblinde Pilotstudie ''Wirksamkeit und Verträglichkeit einer Enzym oder Vitamin ATherapie bei Patienten mit Plattenepithelkarzinom im Kopf/Halsbereich" wurde in Zusammenarbeit mit der HNOKlinik in dem Zeitraum von Oktober 1994 bis Juni 1996 mit 25 Patienten mit Plattenepithelkarzinomen und 15 gesunden Kontrollpersonen durchgeführt. Den Patienten wurde neben der konventionellen Therapie entweder VitaminA (Retinolpalmitat, 150,000 IE/d), die Enzympräparation (proteolytische Gesamtaktivität 20,880 F.I.P.E/d) oder Placebo zugeteilt. In regelmäßigen Abständen wurde das Allgemeinbefinden/ Nebenwirkungen protokolliert, Blutbild und Leberwerte bestimmt, die peripheren Lymphozyten phänotypisiert und die NK LAK, bzw. LAKZellAktivität gemessen. Zur Auswertung gelangten 16 Patienten. Statistisch signifikant war eine Erhöhung der CD2 und CD3Werte der EnzymGruppe (41 Messungen) gegenüber den Patienten der Gruppen VitaminA (18 Messungen), Placebo (12 Messungen) und den Ausgangswerten der Patienten (25 Messungen). Auch im Verlauf konnte die Erhöhung der CD3Werte bei der Enzymgruppe gegenüber den anderen Patientengruppen bestätigt werden. Der Anteil der TZellen im peripheren Blut lag im Bereich der gesunden Kontrollen. Um die Wirkungen der Prüfmedikationen auf Leukozyten (PBL, PMNL, Monozyten) in vitro zu untersuchen, wurde ein Panel durchflußzytometrischer Tests entwickelt, bzw. etabliert, die die Messung der Funktionen NKZellaktivität, LAKAktivität, ADCC, Phagozytose und Sauerstoffradikalbildung ermöglichten bzw. vereinfachten. Die untersuchte Enzympräparation enthielt Papain, Trypsin und Chymotrypsin im Verhältnis 2,5:1:1. In vitroVersuche ergaben eine dosisabhängige Stimulierung der NK, NKLAK, CTL bzw. LAKAktivität und der ADCC durch NKZellen durch die Enzympräparation. Es war möglich, die Lymphozyten mehrfach zu stimulieren, eine Enzymdauergabe, bzw. hohe Enzymdosen führten zu einem Aktivitätsrückgang. Die Enzymmischung verbesserte die Phagozytose und den oxidativen Burst bei PMNL und erhöhte die CD18 und CD54 bzw. erniedrigte die CD16Expression auf PMNL. Mit alltransRetinsäure bzw. Retinol konnten die Lymphozytenaktivitäten in vitro mit den gewählten Versuchsbedingungen kaum beeinflußt werden, Änderungen konnten meist 48h bis 72h nach Zugabe beobachtet werden, die jedoch nicht signifikant waren. Beobachtungen zu VitaminAWirkungen auf PMNL waren nicht möglich, da diese nur maximal 24h kultiviert werden konnten.