Perka, Carsten: Die Rekonstruktion von Knorpel- und Knochendefekten Untersuchungen zu den strategischen Möglichkeiten des Tissue Engineering in der Orthopädie

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Kapitel 6. Die Rekonstruktion von Knochendefekten mittels Tissue Engineering

Segmentale Knochenverluste und Pseudarthrosen nach Frakturen, rekonstruktiven Eingriffen oder Tumorexzisionen stellen ein häufiges Problem in der Orthopädie dar. Unterschiedliche Materialien werden zur Unterstützung der Knochenneubildung verwendet. Die Wirkung dieser Implantate beruht auf drei wesentlichen Mechanismen:

Die Osteogenese ist die Synthese neuen Knochens durch die Osteoblasten und Präosteoblasten in einem Knochentransplantat. Bei der Osteokonduktion dient das eingebrachte Material als Matrix für das einwachsende ortsständige Knochengewebe. Dieser Prozeß schließt die Differenzierung und Reifung der einwachsenden Zellen ein. Idealerweise wird das eingebrachte Implantat dabei „schleichend“ substituiert und der neugebildete Knochen funktioneller Bestandteil des Skeletts [83, 110]. Die Osteoinduktion beinhaltet dagegen die Bildung neuen Knochens durch die Rekrutierung pluripotenter Zellen, welche in Chondro- sowie Osteoblasten differenzieren und nachfolgend neuen Knochen bilden [83, 116, 120].

Bislang wurde als ideales Knochenimplantat dasjenige definiert, das osteokonduktiv und osteoinduktiv ist [24]. Durch das Tissue Engineering und die Verwendung vitaler Zellen für die Herstellung biologisch aktiver Knochenersatzstoffe sind jetzt jedoch Implantate herstellbar, die sowohl osteogen sind, gleichzeitig aber eine Matrix besitzen, die die knöcherne Defektheilung durch Osteoinduktion und Osteokonduktion ermöglicht.


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6.1 Perka, C., Schultz, O., Spitzer, R.S., Lindenhayn, K., Burmester, G.R., Sittinger, M.: Segmental Bone Repair by Tissue Engineered Periosteal Cell Transplants with Bioresorbable Fleece and Fibrin Scaffolds in Rabbits. Biomaterials 2000; 21: 1145-1153

Strukturelle Eigenschaften von Implantaten sind für die Rekonstruktion knöcherner Defekte zu berücksichtigen. Jedes Implantat muß im Defekt entsprechenden biomechanischen Kräften ausgesetzt sein, um integriert zu werden (Wolff´sches Transformationsgesetz). Starre Implantate, wie Knochen oder Keramiken, erweisen sich in vielen Situationen als insuffizient, da sie bei Implantation in ein sogenanntes „ersatzschwaches Lager“ nicht ausreichend belastet und somit nicht integriert werden. Andererseits behindern diese Implantate im mechanisch belasteten Knochen (“ersatzstarkes Lager“) durch ihren Sperreffekt den knöchernen Wiederaufbau.

Die Herstellung eines soliden, jedoch formbaren Ersatzwerkstoffes bietet daher aus biomechanischer Sicht Vorteile. Daher muß neben der Wahl der optimalen Zellart, die Wahl einer entsprechenden Matrix erfolgen. Wir verwendeten für die Transplantation die bereits vorangehend in vitro untersuchten Trägermaterialien Fibrin und Polymer (PGLA/Polydioxanon). Beide Trägermaterialien sind biokompatibel sowie biodegradibel und erlauben die Herstellung eines soliden, jedoch formbaren Transplantats für die Behandlung knöcherner Defekte.

Ziel unserer Arbeit war zu belegen, daß periostale Zellen in unterschiedlichen Matrixsubstanzen für die Herstellung eines vitalen Knochenersatzstoffes geeignet sind und sich während der initialen Phase der knöchernen Integration an die mechanischen Belastungen adaptieren.


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Mon Nov 13 12:42:04 2000