Orientador: Sheila Canevese Rahal / Resumo: O objetivo do estudo foi avaliar os efeitos de um enxerto biofuncional isolado, ou combinado com a terapia laser de baixa intensidade no reparo de defeitos ósseos induzidos em tíbias de ratos. A hipótese foi que a qualidade do reparo ósseo pode ser incrementada a partir da associação destas terapias. Foram utilizados 40 ratos da linhagem Wistar, machos, três meses de idade, com massa corpórea variando entre 250 e 300 g, nos quais foi induzido defeito ósseo circular de 3 mm de diâmetro, nas tíbias direita e esquerda. Os ratos foram divididos, aleatoriamente, em quatro grupos experimentais equitativos: Grupo 1 – controle, Grupo 2 - enxerto biofuncional composto de beta fosfato tricálcico e poli(ácido lático-co-ácido glicólico) (β-TCP/PLGA), Grupo 3 – terapia laser de baixa intensidade, Grupo 4 – enxerto biofuncional composto de β-TCP/PLGA, e terapia laser de baixa intensidade. Os ratos foram submetidos à eutanásia aos 15 dias após a cirurgia. A irradiação laser (Ga-Al-As) foi iniciada no pós-operatório imediato e repetida três vezes por semana, sendo empreagado 6 J de energia em um único ponto sobre a região do defeito. Após a eutanásia, as tíbias direita e esquerda foram removidas, sendo que as tíbias direitas foram designadas para as análises histológicas e as tíbias esquerdas para as análises biomecânicas com ensaio de flexão em três pontos. Estatisticamente o Grupo 4 apresentou o menor escore de infiltrado inflamatório e o maior de tecido ósseo neoformado, sendo o maior esc... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: This study aimed to assess the effects of a biofunctional graft alone, or in combination with low-level laser therapy (LLLT) on the repair of tibial bone defect in rats. The hypothesis was that the combination of therapy modalities could increase the quality of bone healing. Forty male Wistar rats, 3 months of age, weighing from 250 g to 300 g were used. A circular bone defect (3 mm diameter) was created in the right and left tibias. The rats were randomly distributed into four equal groups: G1 - control, G2 - biofunctional graft composed of β-tricalcium phosphate and poly(lactic-co-glycolic acid) (βTCP/PLGA), G3 - LLLT, G4 - biofunctional graft composed of β-TCP/PLGA and LLLT. The rats were euthanized on day 15 day after surgery. The LLLT (Ga-AlAs) was performed in the immediate postoperative period and three times per week. The application was at one point with energy 6J. After euthanasia, the right and left tibiae were removed. The right tibias were used for the histological analysis, and the left tibias were used for three-point bending tests. The statistical analysis showed lower inflammatory infiltrate score and higher newlyformed bone tissue in G4, and the higher granulation tissue score in G3. Highest values for maximum rupture force and maximum displacement occurred in G4. In conclusion, biofunctional graft composed of β-TCP/PLGA and LLLT was better in promoting the repair of bone defects induced in rat tibiae compared with each treatment alone, based on the histopat... (Complete abstract click electronic access below) / Doutor

Submitted by Maria Medeiros (maria.dilva1@ufcg.edu.br) on 2018-07-09T16:30:58Z No. of bitstreams: 1 HUDSON DE ARAÚJO BATISTA - DISSERTAÇÃO (PPGCEMat) 2016.pdf: 4222458 bytes, checksum: 72b70737418ad4d5bebe92e5c5d4a7f3 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-07-09T16:30:58Z (GMT). No. of bitstreams: 1 HUDSON DE ARAÚJO BATISTA - DISSERTAÇÃO (PPGCEMat) 2016.pdf: 4222458 bytes, checksum: 72b70737418ad4d5bebe92e5c5d4a7f3 (MD5) Previous issue date: 2016-02-24 / Capes / Este trabalho teve como objetivo o estudo sobre a transformação pseudomórfica hidrotermal de scaffolds obtidos mediante impressão 3D e colagem, em uma fase particularmente útil para a regeneração óssea. O sistema de impressão 3D das impressoras ProJet® x60 (3D Systems, Inc.) imprime peças cerâmicos tridimensionais no composto VisiJet® PXL (80-90 % CaSO4.½H2O). As peças impressas são essencialmente compostas por sulfato de cálcio di-hidratado (CaSO4.2H2O, gesso), que é um material inadequado para implantes ósseos devido a sua elevada taxa de reabsorção. No trabalho foi investigada uma solução técnica à problemática anterior. Foi estudada a transformação pseudomórfica hidrotermal de peças de gesso em uma fase de fosfato de cálcio útil, que é reconhecidamente útil para a regeneração óssea, preservando as dimensões e morfologia da peça de partida. Pela indisponibilidade de uma impressora da serie ProJet® x60 no local de realização da pesquisa, nem de acesso a uma de terceiros, apenas a fase de prospecção para ajustes da metodologia foi cumprida para os scaffolds obtidos da impressora 3D. Diante disso e em virtude do composto VisiJet PXL ser de alto custo, o estudo proposto foi continuado através da confecção de scaffolds de Gesso Ortodôntico (Gesso diamante ortodôntico, IGE) pelo método de colagem, com a idéia futura de uso desse material para substituir o composto VisiJet PXL. Os scaffolds foram caracterizados antes e depois da síntese hidrotermal quanto a composição qualitativa e quantitativa de fases cristalinas (difratometria de raios X, DRX – refinamento de Rietveld); microestrutura (microscopia eletrônica de varredura, MEV); composição elemental semi-quantitativa (espectroscopia de energia dispersiva de raios X, EDS). Após determinação do tempo ótimo de síntese, as amostras foram caracterizadas quanta a resistência à compressão axial e diametral; e capacidade de formação de apatita superficial in vitro. A síntese hidrotermal foi feita por imersão dos scaffolds de gesso em uma solução a 1 M de (NH4)2HPO4 / 1,33 M de NH4OH em uma relação L/S de 10 ml/g em autoclave a 120°C e 203 kPa (2 atm) durante, pelo menos, três horas. Nem a forma nem dimensões foram significativamente alteradas durante o processo. A composição dos scaffolds tratados durante três horas foi de 74% C-HAp e 26% β-TCP e sua resistência à compressão e diametral foram de 6,5 ± 0,7 e 5,3 ± 0,7 MPa, respectivamente. Ao extrapolar o tempo de síntese para seis horas, foi observado o incremento da composição de β-TCP (63% C-HAp e 37% β-TCP). Com base nos resultados obtidos, concluiu-se que esta é uma alternativa viável para o fabrico de scaffolds bifásicos (C-HAp/β-TCP) a partir de peças premoldadas de gesso. / This work aimed to study the hydrothermal Pseudomorphic transformation of scaffolds obtained by 3D printing and slip casting, in a particularly useful stage for bone regeneration. The 3D printing system for x60 ProJet printers (3D Systems, Inc.) prints three-dimensional ceramic pieces in the compound VisiJet PXL (80-90% CaSO4.½H2O). The printed parts are essentially composed of calcium sulfate dihydrate (CaSO4.2H2O, gypsum), which is an inappropriate material for bone implants due to their higher resorption rate. In the study, we investigated a technical solution to the above problem. Pseudomorphic hydrothermal processing plaster parts in a useful calcium phosphate phase, which is recognized as useful for bone regeneration, maintaining the size and morphology of the starting piece was studied. Due to the unavailability of a ProJet x60 series printer in CERTBIO´s Lab and acess to a partnership as well, only the exploration phase to the methodology of adjustments was fulfilled for scaffolds obtained from the 3D printer. Therefore and because of the compound VisiJet PXL be expensive, the proposed study was continued by making scaffolds of Orthodontic Plaster (Plaster orthodontic diamond, GSE) by the slip casting method, the future idea to use this material to replace the composed VisiJet PXL. The scaffolds were characterized before and after the hydrothermal synthesis as: qualitative and quantitative composition of crystalline phases (X-ray diffraction, XRD - Rietveld refinement); microstructure (scanning electron microscopy, SEM); Semi-quantitative elemental composition (energy dispersive X-ray spectroscopy, SDS). After determining the optimum synthesis time, the samples were characterized in terms of resistance to axial and diametrical compression; and apatite surface forming ability in vitro. The hydrothermal synthesis was carried out by immersing the plaster scaffolds in a solution of 1 M (NH4)2HPO4/1.33 M NH4OH in an L/S ratio of 10 ml / g in an autoclave at 120°C and 203 kPa (2 atm) for at least three hours. Neither the form nor size significantly altered during the process. The composition of the treated scaffolds for three hours was 74% CO3-HAp and 26% β-TCP, and its compressive strength and diametral were 6.5 ± 0.7 and 5.3 ± 0.7 MPa, respectively. By extrapolating the time of synthesis for six hours the increase in β-TCP composition (63% C-HAp and 37% β-TCP) was observed. Based on these results, it was concluded that this is a viable alternative for the manufacture of two-phase scaffold (C-HAp / β-TCP) from precast pieces of gypsum.

Les phosphates de calcium tels que le β-TCP sont utilisés depuis des décennies comme substitut osseux synthétique. Leurs bonnes propriétés chimiques et leur comportement analogue au tissu osseux in vivo et in vitro peuvent être améliorés par la technique de mise en forme employée. Il est aujourd'hui largement admis qu'une architecture poreuse optimisée aura un impact positif sur la bioactivité du matériau. Cette étude vise à étudier les liens existant entre une structure macroporeuse en β-TCP et la prolifération et différenciation cellulaire. Le β-TCP est fabriqué par précipitation aqueuse. Les paramètres de synthèse sont optimisés afin d'avoir un produit répondant aux normes ISO 13175 et 13779. Trois méthodes de mise en forme ont été choisies pour leur aptitude à générer une macroporosité originale. L'imprégnation d'une structure polymérique par une suspension génère un réseau de pores sphériques (PS), la stéréolithographie génère des pores cubiques interconnectés (3D) et la congélation orientée produit un réseau de pores tubulaires ellipsoïdaux parallèles au sens de la congélation (CO). Deux tendances émergent des cultures de cellules souches mésenchymateuses humaines: PS et 3D favorisent la prolifération alors que CO favorise la pénétration cellulaire et l'activité de la phosphatase alcaline. Cette dernière est favorisée par le β-TCP et cette aptitude est améliorée par la congélation orientée. Cela pourrait s'expliquer par l'état d'avancement de la différenciation cellulaire: les cellules sur les échantillons CO semblent être à un stade de différenciation plus avancé. Des essais complémentaires sur l'expression de gènes clés sont en cours pour vérifier cette hypothèse. / Calcium phosphates such as β-TCP have been used for decades as synthetic bone substitutes. Its good chemical properties and its similar behavior to that of the bone in vivo and in vitro can be enhanced by the chosen shaping method. It is nowadays largely accepted that an optimized porous architecture will have a positive impact on the material's bioactivity. This study aims at studying the links between a porous architecture and cell proliferation and differentiation. β-TCP was manufactured by aqueous precipitation. Synthesis parameters were optimized in order to get a product complying with ISO 13779 and 13175 requirements. Three shaping methods were chosen for their ability to generate original structures. The impregnation of a polymeric scaffold yields a network of interconnected spherical pores (PS), stereolithography yields a network of interconnected cubical pores (3D) and ice templating yields a network of parallel ellipsoidal channel-like structure (CO). Two different trends emerged from the human mesenchymal stem cell culture: PS and 3D favored cell proliferation whereas CO promoted cell penetration and alkaline phosphatase activity. The latter is stimulated by β-TCP and this ability is enhanced by freeze casting. This could be explained by the state of cell differentiation: cells on CO samples seem to be far more differentiated than the other ones. However the study of key genes expression is needed to confirm this hypothesis.

Avec plus de 2 millions d’interventions chirurgicales par an dans le monde, les actes de chirurgie osseuse sont les plus fréquents, ce qui pousse les entreprises du secteur des biomatériaux pour la régénération osseuse à investir massivement pour sans cesse améliorer leurs produits. Cette thèse est issue d’un contrat CIFRE effectué avec l’entreprise Kasios afin de l’aider dans le développement de céramiques et polymères poreux principalement pour des applications en chirurgie maxillo-faciale. Les travaux réalisés s’articulent autour du développement de biomatériaux biphasiques à base de phosphate tricalcique béta (β-TCP). En premier lieu, des microfibres de polycaprolactone (PCL) incorporant des particules élémentaires de β-TCP ont été fabriquées par électrospinning. Les principales applications des fibres concernent la régénération osseuse guidée pour la préservation alvéolaire ou les opérations de relevés de sinus. L’électrospinning des fibres a utilisé des solvants ne présentant pas de toxicité aiguë. Les fibres ont formé des membranes manipulables qui peuvent être facilement découpées et suturées même en environnement humide. Les études in vitro n’ont révélé aucune cytotoxicité et les membranes ont permis la prolifération de cellules ostéoblastiques. La seconde étude a permis la fabrication d’éponges de gélatine et d’acide hyaluronique saturées ou recouvertes en surface de granules de β-TCP pour le comblement alvéolaire. Les éponges étaient facilement façonnables pour correspondre à l’alvéole du patient. Le chirurgien pourrait alors bénéficier de la nature biphasique du dispositif médical afin de faciliter l’implantation et éviter la manipulation séparée des éponges et des granules. L’utilisation des éponges permettrait par ailleurs d’assurer un positionnement idéal des granules pour la cicatrisation alvéolaire. La troisième étude, plus fondamentale, porte sur l’interaction des cellules osseuses avec le β-TCP et sa résorption. Des études de biomécanique et de biodégradation ainsi que de biodissolution ont également été réalisées sur des biomatériaux produits par l’entreprise. / With more than 2 million surgeries per year, bone tissue is one of the most concerned tissues and biomaterial companies have developed massive investments to continually improve bone regeneration.This thesis was conducted during a CIFRE contract (a tripartite contract linking a student, a university and acompany) and was done in association with the company Kasios for the development of new porous polymers and ceramics. This thesis was specifically centered in the development of biphasic biomaterials based upon beta tricalcium phosphate (β-TCP). First, polycaprolacton (PCL) microfibers incorporating β-TCP elementary particles were produced using electrospinning. These fibers were developed to provide membranes for guided bone regeneration usable in alveolar preservation and sinus lifting. Electrospinning of the fibers did not require any high toxicity solvent. Our fibers formed membranes that could easily be handled, cut and sutured in dry and wet environment. In vitrocytotoxicity studies confirmed the non-toxic nature of the material and showed the ability of the membranes to encourage survival and proliferation of osteoblastic cells. Secondly, freeze-dried gelatin and hyaluronicacid sponges saturated or embedded with β-TCP granules were developed for alveolar filling. Theses ponges could easily be shaped to fit the patient’s dental socket. The biphasic nature of the sponges could make the implantation easier and faster by avoiding surgeons to handle separately the granules and the sponges. This medical device could also insure a correct and optimal positioning of the granules for the patient healing. Lastly, a fundamental study was conducted on resorption of β-TCP and the interaction between bone cells and the biomaterial. Biomechanical and biodegradation/biodissolution studies were also done on different types of biomaterials produced by the company.

Dans des études animales, nous avons étudié le développement des métastases osseuses, leur vascularisation ainsi que des biomatériaux de comblement ou pouvant cibler l'angiogenèse. Nous avons utilisé le poly 2-hydroxyéthyl méthacrylate (pHEMA) connu pour sa biocompatibilité, pour fabriquer des microbilles fluorescentes portant à leur surface des charges anioniques ou cationiques. Les microbilles ont été incubées avec une lignée de cellules endothéliales qui internalisent de préférence les microbilles portant une charge anionique. Un silicone radio-opaque a été utilisé pour caractériser l'architecture en 3D des vaisseaux sanguins à différents stades d'évolution des métastases osseuses chez le rat. Nous avons montré au niveau des os tumoraux une hypervascularisation et une désorganisation importante de l'architecture vasculaire avec un réseau très dense de micro vaisseaux à l'aspect tortueux s'étendant dans toute la zone trabéculaire, envahissant la corticale et la diaphyse en sens rétrograde. Dans une autre étude, l'acide zolédronique, un puissant bisphosphonate ayant aussi un effet anti-angiogénique, a été utilisé de façon préventive dans un modèle de métastase osseuse chez le rat. Il permet la conversion des métastases du carcinome MatLyLu, initialement ostéolytiques, en formes ostéocondensantes en limitant les perforations corticales. Enfin, chez le lapin, dans un modèle de comblement osseux par le bêta tricalcium phosphate (β−TCP), nous avons montré que des anti-inflammatoires non stéroïdiens, utilisés en chirurgie osseuse, ne retardent pas l'ostéogenèse au contact du biomatériau. La vascularisation joue un rôle important dans le remodelage osseux normal mais aussi dans les ostéopathies bénignes et malignes ainsi que dans l'ostéointégration des biomatériaux utilisés pour le traitement des pertes de substance osseuse.

Angeborene oder erworbene Knochendefekte können infolge ihrer Häufigkeit, ihrer oft mangelhaften spontanen Regenerationsfähigkeit sowie ihrer in der Regel langen Heilungsdauer ein erhebliches medizinisches, soziales und ökonomisches Problem darstellen. Zur Lösung dieses Problems stehen standardisierte und seit langen praktizierte Möglichkeiten wie die Osteosynthese oder die Defektauffüllung mit biologischen Knochenersatzmaterialien zur Verfügung. Auch synthetische Knochenersatzmaterialien, zum Teil in Kombinationen mit regenerativmedizinischen Prinzipien, kommen immer häufiger zum Einsatz wenn aufgrund eines großen Substanzverlustes des Knochens Defekte aufgefüllt werden müssen. Ziel dieser Studie am Tiermodell Schwein war es, die Knochenheilung calvärer Knochendefekte kritischer Größe unter Einsatz zweier verschiedener synthetischer Knochenersatzmaterialien, auf ß-Tricalciumphosphat- (β-TCP; Syntricer®, MedArtis Medizinprodukte und Forschung AG, München, Deutschland) bzw. Hydroxyapatit- Basis (HA; Ostim®, Heraeus-Kulzer, Hanau, Deutschland), angewandt sowohl in reiner Form als auch in Kombination mit autologen Stammzellen bzw. autologem Knochenmark, zu optimieren. Zur Untersuchung standen 16 klinisch gesunde weibliche Schweine der Deutschen Landrasse zur Verfügung. Alle Tiere waren zu Versuchsbeginn etwa 6 Monate alt und das durchschnittliche Lebendgewicht betrug zwischen 50 und 60 kg. Sowohl die β-TCP- als auch die HA-Gruppe umfasste 8 Schweine. Diese wurden wiederum in eine Kurz- und eine Langzeitgruppe zu je 4 Schweinen unterteilt, deren Beobachtungszeitraum 6 bzw. 16 Wochen betrug. Je Schwein wurden vier standardisierte Bohrlochdefekte kritischer Größe am Os frontale gesetzt. Ein Defekt wurde leer gelassen und diente als Kontrolldefekt für die physiologische Knochenheilung. Die drei anderen Defekte wurden einmal mit reinem und die anderen beiden mit biotechnologisch modifiziertem Knochenersatzmaterial aufgefüllt. Die biotechnologische Modifikation der Basissubstanzen erfolgte für einen Defekt durch die Anreicherung mit aus dem Knochenmark entnommenen und kultivierten autologen Stammzellen und für den vierten Defekt mit intraoperativ frisch punktiertem autologem Knochenmark. Die Ergebnisse der Knochenheilung wurden mit Hilfe einer computertomographischen Verlaufskontrolle intra vitam, sowie durch eine mikrotomographische und histologische Untersuchung nach der Euthanasie, untersucht. Sowohl Tier- als auch Versuchsmodell erwiesen sich als geeignet zur Untersuchung der Knochenregeneration mit Knochenersatzmaterialien. Die Knochenregeneration mit Ersatzmaterial führte in beiden Gruppen nach 6 Wochen im Vergleich mit der physiologischen Heilung zu besseren Ergebnissen, wobei sich das HA, wenn auch nicht signifikant, dem β-TCP überlegen zeigte. Die mikrotomographische Untersuchung zeigte aufgrund der höheren Detailerkennbarkeit im Vergleich zum CT einen größeren Unterschied zwischen den beiden Gruppen. So liegen die Mittelwerte im CT für die mit HA und mit dessen biotechnologischen Modifikationen gefüllten Defekte im Durchschnitt bei 11,2 ( ) und in der β-TCP-Gruppe bei 10,3 ( ) während sie für die mikrotomographische Untersuchung im Durchschnitt mit 9,4 ( ) für die mit HA und 5,7 ( ) für die mit β-TCP gefüllten Defekte bewertet wurden. Die histologische Bewertung zeigt den Unterschied zwischen beiden Gruppen bezüglich der Knochenregeneration am deutlichsten. So zeigte sich in der β-TCP-Gruppe ein sehr variabler Anteil an neugebildetem Knochengewebe, während in der HA-Gruppe immer mindestens 75% neugebildetes Knochengewebe nachgewiesen werden konnte. Der Zusatz von frischem Knochenmarkpunktat oder Stammzellen zu den Knochenersatzmaterialien hatte keinen erkennbaren Einfluss auf die Regeneration des Knochens. Synthetische resorbierbare Knochenersatzmaterialien, sowohl auf β-TCP- als auch auf HA-Basis, können die Knochenheilung positiv beeinflussen, und führen damit zu einer schnelleren Knochenregeneration als bei der physiologischen Knochenheilung. Im vorliegenden Modell führt die Kombination mit biotechnologischen Modifikationen wie autologen Stammzellen oder frisch punktiertem Knochenmark nicht zu einer zusätzlichen signifikanten Verbesserung der Knochenregeneration. Das pastöse nanopartikuläre Hydroxyapatit erscheint aufgrund besserer Handhabung, schnellerer Resorption sowie besserer Knochenheilung als das überlegene Material. / Inherited or acquired bone defects can, due to their frequency, their low spontaneous regenerative potential, and their generally long healing trajectories, present a significant medical, social and economical problem. Currently available solutions include standardized and well-established methods such as osteosynthesis or bone grafting using biological bone substitutes. In addition, synthetic bone substitutes, sometimes in combination with regenerative medicine, are increasingly used in cases when large bone defects require significant tissue replacement. The goal of this study was to optimize the healing of calvarial bone defects in pigs through the use of two distinct synthetic bone substitutes, -Tricalciumphosphate (β-TCP; Syntricer®, MedArtis Medizinprodukte und Forschung AG, Munich, Germany) and Hydroxyapatite (HA; Ostim®, Heraeus-Kulzer, Hanau, Germany), applied either in their pure form or in combination with either autologous stem cells or autologous bone marrow. Subjects for this study were 16 clinically healthy female domestic pigs (Deutsche Landrasse). All animals were approximately 6 months of age at the beginning of the study, with live weights between 50 and 60 kg. The animals were split into two groups of 8 for the separate study of HA and β-TCP. Each of these groups was further divided into two groups of 4 pigs, for studies of short and long duration (6 and 16 weeks, respectively). Four standardized drill holes of critical size were made in the Os frontale of each pig. One hole was left untreated as a control of physiological bone healing. Among the remaining three holes, one was filled with pure bone substitute (HA or β-TCP), and the other two were filled with biotechnologically modified bone substitute. This modification of the pure substances consisted for one drill hole of enrichment with autologous stem cells, cultured from bone marrow and, for the final hole, with intraoperative freshly extracted bone marrow. The bone healing results were measured intra vitam by computed tomography (CT), and after euthanasia by microtomography and histology. Both the model animal and experimental design proved useful for this study of bone healing using bone substitutes. Bone regeneration with bone substitutes in both experimental groups was enhanced after 6 weeks when compared with the untreated physiologically healed defects, where HA was superior to β-TCP (though not significantly). Owing to a higher resolution, microtomographic analysis revealed a greater difference between the two study groups than did CT. Thus, the mean values as measured by CT for defects filled with HA and biotechnologically modified HA are 11.2, and for 10.3 for the β-TCP group, while they are 9.4 and 5.7, respectively, as measured by microtomography. The histological assessment revealed the greatest difference in bone healing between the two experimental groups. Here, the β-TCP group displayed highly variable amounts of newly formed bone tissue, whereas each subject in the HA group displayed a minimum of 75% newly formed bone tissue. The addition of freshly extracted bone marrow or stem cells to the bone substitutes had no detectable effect on bone regeneration. Synthetic resorptable bone substitutes, on a basis of both β-TCP and HA, can positively influence bone healing, and thereby lead to a faster regeneration of bone tissue than the physiological process. In the present study, biotechnological modification of bone substitutes with autologous stem cells or bone marrow did not further enhance bone regeneration. Given its easy handling, faster resorption, and better bone healing, the nanoparticulate Hydroxyapatite paste appears to be the superior material.

Angeborene oder erworbene Knochendefekte können infolge ihrer Häufigkeit, ihrer oft mangelhaften spontanen Regenerationsfähigkeit sowie ihrer in der Regel langen Heilungsdauer ein erhebliches medizinisches, soziales und ökonomisches Problem darstellen. Zur Lösung dieses Problems stehen standardisierte und seit langen praktizierte Möglichkeiten wie die Osteosynthese oder die Defektauffüllung mit biologischen Knochenersatzmaterialien zur Verfügung. Auch synthetische Knochenersatzmaterialien, zum Teil in Kombinationen mit regenerativmedizinischen Prinzipien, kommen immer häufiger zum Einsatz wenn aufgrund eines großen Substanzverlustes des Knochens Defekte aufgefüllt werden müssen. Ziel dieser Studie am Tiermodell Schwein war es, die Knochenheilung calvärer Knochendefekte kritischer Größe unter Einsatz zweier verschiedener synthetischer Knochenersatzmaterialien, auf ß-Tricalciumphosphat- (β-TCP; Syntricer®, MedArtis Medizinprodukte und Forschung AG, München, Deutschland) bzw. Hydroxyapatit- Basis (HA; Ostim®, Heraeus-Kulzer, Hanau, Deutschland), angewandt sowohl in reiner Form als auch in Kombination mit autologen Stammzellen bzw. autologem Knochenmark, zu optimieren. Zur Untersuchung standen 16 klinisch gesunde weibliche Schweine der Deutschen Landrasse zur Verfügung. Alle Tiere waren zu Versuchsbeginn etwa 6 Monate alt und das durchschnittliche Lebendgewicht betrug zwischen 50 und 60 kg. Sowohl die β-TCP- als auch die HA-Gruppe umfasste 8 Schweine. Diese wurden wiederum in eine Kurz- und eine Langzeitgruppe zu je 4 Schweinen unterteilt, deren Beobachtungszeitraum 6 bzw. 16 Wochen betrug. Je Schwein wurden vier standardisierte Bohrlochdefekte kritischer Größe am Os frontale gesetzt. Ein Defekt wurde leer gelassen und diente als Kontrolldefekt für die physiologische Knochenheilung. Die drei anderen Defekte wurden einmal mit reinem und die anderen beiden mit biotechnologisch modifiziertem Knochenersatzmaterial aufgefüllt. Die biotechnologische Modifikation der Basissubstanzen erfolgte für einen Defekt durch die Anreicherung mit aus dem Knochenmark entnommenen und kultivierten autologen Stammzellen und für den vierten Defekt mit intraoperativ frisch punktiertem autologem Knochenmark. Die Ergebnisse der Knochenheilung wurden mit Hilfe einer computertomographischen Verlaufskontrolle intra vitam, sowie durch eine mikrotomographische und histologische Untersuchung nach der Euthanasie, untersucht. Sowohl Tier- als auch Versuchsmodell erwiesen sich als geeignet zur Untersuchung der Knochenregeneration mit Knochenersatzmaterialien. Die Knochenregeneration mit Ersatzmaterial führte in beiden Gruppen nach 6 Wochen im Vergleich mit der physiologischen Heilung zu besseren Ergebnissen, wobei sich das HA, wenn auch nicht signifikant, dem β-TCP überlegen zeigte. Die mikrotomographische Untersuchung zeigte aufgrund der höheren Detailerkennbarkeit im Vergleich zum CT einen größeren Unterschied zwischen den beiden Gruppen. So liegen die Mittelwerte im CT für die mit HA und mit dessen biotechnologischen Modifikationen gefüllten Defekte im Durchschnitt bei 11,2 ( ) und in der β-TCP-Gruppe bei 10,3 ( ) während sie für die mikrotomographische Untersuchung im Durchschnitt mit 9,4 ( ) für die mit HA und 5,7 ( ) für die mit β-TCP gefüllten Defekte bewertet wurden. Die histologische Bewertung zeigt den Unterschied zwischen beiden Gruppen bezüglich der Knochenregeneration am deutlichsten. So zeigte sich in der β-TCP-Gruppe ein sehr variabler Anteil an neugebildetem Knochengewebe, während in der HA-Gruppe immer mindestens 75% neugebildetes Knochengewebe nachgewiesen werden konnte. Der Zusatz von frischem Knochenmarkpunktat oder Stammzellen zu den Knochenersatzmaterialien hatte keinen erkennbaren Einfluss auf die Regeneration des Knochens. Synthetische resorbierbare Knochenersatzmaterialien, sowohl auf β-TCP- als auch auf HA-Basis, können die Knochenheilung positiv beeinflussen, und führen damit zu einer schnelleren Knochenregeneration als bei der physiologischen Knochenheilung. Im vorliegenden Modell führt die Kombination mit biotechnologischen Modifikationen wie autologen Stammzellen oder frisch punktiertem Knochenmark nicht zu einer zusätzlichen signifikanten Verbesserung der Knochenregeneration. Das pastöse nanopartikuläre Hydroxyapatit erscheint aufgrund besserer Handhabung, schnellerer Resorption sowie besserer Knochenheilung als das überlegene Material. / Inherited or acquired bone defects can, due to their frequency, their low spontaneous regenerative potential, and their generally long healing trajectories, present a significant medical, social and economical problem. Currently available solutions include standardized and well-established methods such as osteosynthesis or bone grafting using biological bone substitutes. In addition, synthetic bone substitutes, sometimes in combination with regenerative medicine, are increasingly used in cases when large bone defects require significant tissue replacement. The goal of this study was to optimize the healing of calvarial bone defects in pigs through the use of two distinct synthetic bone substitutes, -Tricalciumphosphate (β-TCP; Syntricer®, MedArtis Medizinprodukte und Forschung AG, Munich, Germany) and Hydroxyapatite (HA; Ostim®, Heraeus-Kulzer, Hanau, Germany), applied either in their pure form or in combination with either autologous stem cells or autologous bone marrow. Subjects for this study were 16 clinically healthy female domestic pigs (Deutsche Landrasse). All animals were approximately 6 months of age at the beginning of the study, with live weights between 50 and 60 kg. The animals were split into two groups of 8 for the separate study of HA and β-TCP. Each of these groups was further divided into two groups of 4 pigs, for studies of short and long duration (6 and 16 weeks, respectively). Four standardized drill holes of critical size were made in the Os frontale of each pig. One hole was left untreated as a control of physiological bone healing. Among the remaining three holes, one was filled with pure bone substitute (HA or β-TCP), and the other two were filled with biotechnologically modified bone substitute. This modification of the pure substances consisted for one drill hole of enrichment with autologous stem cells, cultured from bone marrow and, for the final hole, with intraoperative freshly extracted bone marrow. The bone healing results were measured intra vitam by computed tomography (CT), and after euthanasia by microtomography and histology. Both the model animal and experimental design proved useful for this study of bone healing using bone substitutes. Bone regeneration with bone substitutes in both experimental groups was enhanced after 6 weeks when compared with the untreated physiologically healed defects, where HA was superior to β-TCP (though not significantly). Owing to a higher resolution, microtomographic analysis revealed a greater difference between the two study groups than did CT. Thus, the mean values as measured by CT for defects filled with HA and biotechnologically modified HA are 11.2, and for 10.3 for the β-TCP group, while they are 9.4 and 5.7, respectively, as measured by microtomography. The histological assessment revealed the greatest difference in bone healing between the two experimental groups. Here, the β-TCP group displayed highly variable amounts of newly formed bone tissue, whereas each subject in the HA group displayed a minimum of 75% newly formed bone tissue. The addition of freshly extracted bone marrow or stem cells to the bone substitutes had no detectable effect on bone regeneration. Synthetic resorptable bone substitutes, on a basis of both β-TCP and HA, can positively influence bone healing, and thereby lead to a faster regeneration of bone tissue than the physiological process. In the present study, biotechnological modification of bone substitutes with autologous stem cells or bone marrow did not further enhance bone regeneration. Given its easy handling, faster resorption, and better bone healing, the nanoparticulate Hydroxyapatite paste appears to be the superior material.