Rekonstruktion knöcherner Defekte durch biomimetische Composites: in vitro und in vivo Studien zur optimierten Knochendefektheilung durch in situ aushärtenden Calciumphosphat-Zement in Kombination mit den Wachstumsfaktoren BMP-2 und bFGF
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|---|---|
| adam_text | 1 Inhaltsverzeichnis
1. Einleitung 1
1.1 Knochendefekte 1
1.2 Knochenersatzstoffe 3
1.3 in situ aushärtende Knochenersatzstoffe 6
1.4 Wachstumsfaktoren 8
1.4.1 Bone Morphogenetic Protein-2 8
1.4.2 basischer Fibroblasten-Wachstumsfaktor 10
1.5 Composites 10
1.6 Trägerstoffe für Wachstumsfaktoren 11
1.7 Zielsetzung: Optimierung der Knochendefektheilung 12
1.7.1 In vitro Modell zur Beurteilung der Freisetzungskinetik 12
1.7.2 Überprüfung der Bioaktivität des neu entwickelten
Calciumphosphatzementes in vivo 12
1.7.3 Entwicklung eines Composites zur verbesserten Knochendefektheilung 13
1.8 Fragestellung 13
2. Material und Methodik 14
2.1 in situ aushärtender Knochenersatzstoff 14
2.2 Wachstumsfaktoren 14
2.2.1 Bone Morphogenetic Protein-2 15
2.2.2 basischer Fibroblasten-Wachstumsfaktor 15
2.3 Vorversuche Zementcharakteristik und Freisetzungskinetik in vitro 15
2.3.1 Zementpräparation 16
2.3.2 Freisetzungsversuch 16
2.3.3 Zellkultur humane osteoblastenähnliche Zellen 16
2.4 Tierexperimentelle Untersuchung 17
2.4.1 Teil 1: Dosis-Wirkungs-Kurven 17
2.4.1.1 Versuchstiere und Haltung 17
2.4.1.2 Narkose, Operationstechnik 17
2.4.1.3 Versuchsablauf, Fluoreszenzmarkierung 19
2.4.1.4 Versuchsende, Probengewinnung 20
2.4.2 Teil 2: Verifizierung der Ergebnisse am Großtier 20
2.4.2.1 Versuchstiere und Haltung 20
I
2.4.2.2 Narkose, Operationstechnik, Versuchsablauf 21
2.4.2.3 Postoperativer Verlauf, Fluoreszenzmarkierung 22
2.4.2.4 Versuchsende, Probengewinnung 23
2.5 Auswertung und Dokumentation 24
2.5.1 Radiologische und radiodensitometrische Auswertung 24
2.5.1.1 Nativröntgen 24
2.5.1.2 Radiodensitometrie 24
2.5.1.3 Mikroradiographie 25
2.5.1.4 Computertomographie 25
2.5.1.5 Mikro-Computertomographie (u-CT) 25
2.5.2 Probenherstellung, histologische und histomorphometrische
Auswertung 25
2.5.3 in vivo-Fluoreszenzmarkierung 26
2.5.4 Biomechanische Auswertung 27
2.5.5 energiedispersive Röntgenmikroanalyse zur Bestimmung des
Ca/P-Gehalt 27
2.5.6 Statistik 27
3. Ergebnisse 29
3.1 Zementeigenschaften und -Charakteristik in vitro 29
3.2 Freisetzungskinetik in vitro 29
3.2.1 TGFß-Bestimmung im Assay 31
3.2.2 Stimulation humaner osteoblastenähnlicher Zellen 31
3.3 Tierversuche 34
3.3.1 Teil 1: Dosis-Wirkungskurven im Rattenversuch 34
3.3.1.1 Reiner Calciumphosphatzement, Kontrollgruppen 34
3.3.1.1.1 Makroskopische, mikroskopische und histomorphometrische
Auswertung 34
3.3.1.1.2 in vivo-Fluoreszenzmarkierung 39
3.3.1.1.3 Biomechanische Auswertung 42
3.3.1.1.4 Zusammenfassung reiner Calciumphosphatzement 42
3.3.1.2 Calciumphosphat-BMP-2-Composite 43
3.3.1.2.1 Makroskopische, mikroskopische und histomorphometrische
Auswertung 43
3.3.1.2.2 radiodensitometrische Auswertung 45
II
3.3.1.2.3 in vivo-Fluoreszenzmarkierung 47
3.3.1.2.4 Biomechanische Auswertung 47
3.3.1.2.5 Zusammenfassung Calciumphosphatzement-BMP-2-
Composite 49
3.3.1.3 Calciumphosphat-bFGF-Composite 49
3.3.1.3.1 Makroskopische, mikroskopische und histomorphometrische
Auswertung 50
3.3.1.3.2 in vivo-Fluoreszenzmarkierung 54
3.3.1.3.3 Biomechanische Auswertung 54
3.3.1.3.4 Zusammenfassung Calciumphosphatzement-bFGF-
Composite 54
3.3.2 Teil 2: Verifizierung der Ergebnisse am Großtier 55
3.3.2.1 Reiner Calciumphosphatzement, Kontrollgruppen 56
3.3.2.1.1 Radiologische und computertomographische Auswertung 56
3.3.2.1.2 Makroskopische, mikroskopische und histomorphometrische
Auswertung 58
3.3.2.1.3 in vivo-Fluoreszenzmarkierung 62
3.3.2.1.4 Zusammenfassung Calciumphosphatzement, Kontrollgruppen62
3.3.2.2 Calciumphosphat-BMP-2-Composite 64
3.3.2.2.1 Radiologische Auswertung 64
3.3.2.2.2 Makroskopische, mikroskopische und histomorphometrische
Auswertung 64
3.3.2.2.3 in vivo-Fluoreszenzmarkierung 65
3.3.2.2.4 Zusammenfassung Calciumphosphat-BMP-2-Composite 66
3.3.2.3 Calciumphosphat-bFGF-Composite 67
3.3.2.3.1 Radiologische Auswertung 67
3.3.2.3.2 Makroskopische, mikroskopische und histomorphometrische
Auswertung 67
3.3.2.3.3 in vivo-Fluoreszenzmarkierung 69
3.3.2.3.4 Zusammenfassung Calciumphosphat-bFGF-Composite 69
III
4. Diskussion 70
4.1 reiner Calciumphosphat-Zement 72
4.2 Calciumphosphat-Zement als Trägermaterial für Wachstumsfaktoren 76
5. Zusammenfassung 83
6. Literaturverzeichnis 86
7. Abkürzungsverzeichnis 100
8. Danksagung 101
9. Lebenslauf 102
rv
|
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1 Inhaltsverzeichnis
1. Einleitung 1
1.1 Knochendefekte 1
1.2 Knochenersatzstoffe 3
1.3 in situ aushärtende Knochenersatzstoffe 6
1.4 Wachstumsfaktoren 8
1.4.1 Bone Morphogenetic Protein-2 8
1.4.2 basischer Fibroblasten-Wachstumsfaktor 10
1.5 Composites 10
1.6 Trägerstoffe für Wachstumsfaktoren 11
1.7 Zielsetzung: Optimierung der Knochendefektheilung 12
1.7.1 In vitro Modell zur Beurteilung der Freisetzungskinetik 12
1.7.2 Überprüfung der Bioaktivität des neu entwickelten
Calciumphosphatzementes in vivo 12
1.7.3 Entwicklung eines Composites zur verbesserten Knochendefektheilung 13
1.8 Fragestellung 13
2. Material und Methodik 14
2.1 in situ aushärtender Knochenersatzstoff 14
2.2 Wachstumsfaktoren 14
2.2.1 Bone Morphogenetic Protein-2 15
2.2.2 basischer Fibroblasten-Wachstumsfaktor 15
2.3 Vorversuche Zementcharakteristik und Freisetzungskinetik in vitro 15
2.3.1 Zementpräparation 16
2.3.2 Freisetzungsversuch 16
2.3.3 Zellkultur humane osteoblastenähnliche Zellen 16
2.4 Tierexperimentelle Untersuchung 17
2.4.1 Teil 1: Dosis-Wirkungs-Kurven 17
2.4.1.1 Versuchstiere und Haltung 17
2.4.1.2 Narkose, Operationstechnik 17
2.4.1.3 Versuchsablauf, Fluoreszenzmarkierung 19
2.4.1.4 Versuchsende, Probengewinnung 20
2.4.2 Teil 2: Verifizierung der Ergebnisse am Großtier 20
2.4.2.1 Versuchstiere und Haltung 20
I
2.4.2.2 Narkose, Operationstechnik, Versuchsablauf 21
2.4.2.3 Postoperativer Verlauf, Fluoreszenzmarkierung 22
2.4.2.4 Versuchsende, Probengewinnung 23
2.5 Auswertung und Dokumentation 24
2.5.1 Radiologische und radiodensitometrische Auswertung 24
2.5.1.1 Nativröntgen 24
2.5.1.2 Radiodensitometrie 24
2.5.1.3 Mikroradiographie 25
2.5.1.4 Computertomographie 25
2.5.1.5 Mikro-Computertomographie (u-CT) 25
2.5.2 Probenherstellung, histologische und histomorphometrische
Auswertung 25
2.5.3 in vivo-Fluoreszenzmarkierung 26
2.5.4 Biomechanische Auswertung 27
2.5.5 energiedispersive Röntgenmikroanalyse zur Bestimmung des
Ca/P-Gehalt 27
2.5.6 Statistik 27
3. Ergebnisse 29
3.1 Zementeigenschaften und -Charakteristik in vitro 29
3.2 Freisetzungskinetik in vitro 29
3.2.1 TGFß-Bestimmung im Assay 31
3.2.2 Stimulation humaner osteoblastenähnlicher Zellen 31
3.3 Tierversuche 34
3.3.1 Teil 1: Dosis-Wirkungskurven im Rattenversuch 34
3.3.1.1 Reiner Calciumphosphatzement, Kontrollgruppen 34
3.3.1.1.1 Makroskopische, mikroskopische und histomorphometrische
Auswertung 34
3.3.1.1.2 in vivo-Fluoreszenzmarkierung 39
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3.3.1.1.4 Zusammenfassung reiner Calciumphosphatzement 42
3.3.1.2 Calciumphosphat-BMP-2-Composite 43
3.3.1.2.1 Makroskopische, mikroskopische und histomorphometrische
Auswertung 43
3.3.1.2.2 radiodensitometrische Auswertung 45
II
3.3.1.2.3 in vivo-Fluoreszenzmarkierung 47
3.3.1.2.4 Biomechanische Auswertung 47
3.3.1.2.5 Zusammenfassung Calciumphosphatzement-BMP-2-
Composite 49
3.3.1.3 Calciumphosphat-bFGF-Composite 49
3.3.1.3.1 Makroskopische, mikroskopische und histomorphometrische
Auswertung 50
3.3.1.3.2 in vivo-Fluoreszenzmarkierung 54
3.3.1.3.3 Biomechanische Auswertung 54
3.3.1.3.4 Zusammenfassung Calciumphosphatzement-bFGF-
Composite 54
3.3.2 Teil 2: Verifizierung der Ergebnisse am Großtier 55
3.3.2.1 Reiner Calciumphosphatzement, Kontrollgruppen 56
3.3.2.1.1 Radiologische und computertomographische Auswertung 56
3.3.2.1.2 Makroskopische, mikroskopische und histomorphometrische
Auswertung 58
3.3.2.1.3 in vivo-Fluoreszenzmarkierung 62
3.3.2.1.4 Zusammenfassung Calciumphosphatzement, Kontrollgruppen62
3.3.2.2 Calciumphosphat-BMP-2-Composite 64
3.3.2.2.1 Radiologische Auswertung 64
3.3.2.2.2 Makroskopische, mikroskopische und histomorphometrische
Auswertung 64
3.3.2.2.3 in vivo-Fluoreszenzmarkierung 65
3.3.2.2.4 Zusammenfassung Calciumphosphat-BMP-2-Composite 66
3.3.2.3 Calciumphosphat-bFGF-Composite 67
3.3.2.3.1 Radiologische Auswertung 67
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Auswertung 67
3.3.2.3.3 in vivo-Fluoreszenzmarkierung 69
3.3.2.3.4 Zusammenfassung Calciumphosphat-bFGF-Composite 69
III
4. Diskussion 70
4.1 reiner Calciumphosphat-Zement 72
4.2 Calciumphosphat-Zement als Trägermaterial für Wachstumsfaktoren 76
5. Zusammenfassung 83
6. Literaturverzeichnis 86
7. Abkürzungsverzeichnis 100
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