Innerhalb dieser Arbeit sollte das Osteointegrationsvermögen von vier neuartigen calciumhaltigen Keramikbeschichtungen für knochenersetzende Implantate (FA-CZP, Ca4Ti3O10, GB14, 602020)auf Ti6Al4V Grundkörpern unter besonderer Berücksichtigung ihrer Resorbierbarkeit in vivo untersucht und bewertet werden. Als Vergleich dienten eine herkömmliche Hydroxylapatitbeschichtung und unbeschichtete, aufgeraute Ti6Al4V- Implantate. Die Probekörper wurden in die distale Femurmetaphyse bei Kaninchen implantiert. Nach Versuchszeiten von 2, 4, 6, 12 und 24 Wochen wurden die implantattragenden Knochenproben histologisch- morphologisch und quantitativ histomorphometrisch untersucht. FA-CZP (langzeitstabil) verursachte eine Mineralisierungsstörung im Interface und iste deshalb als Knochersatzmaterial nicht zu empfehlen. Ca4Ti3O10 als langzeitstabile dünne Beschichtung ermöglichte im Vergleich zu unbeschichteten Ti6Al4V- Implantaten initial eine Stimulation der Knochenneubildung und stellt -frühzeitiger als diese- direkten Knochenkontakt her. Die beiden schnell resorbierbaren Keramiken, GB14 und 602020, beweisen, dass mit einer Erhöhung der Löslichkeit eine Steigerung der osteogenen Reaktivität im orthotopen Lager verbunden ist. 602020 war stark abbaubar. Histomorphologisch war das korreliert mit einer vermehrten Osteoblasten- und Osteoidproliferation im Interface, was sekundär zu einer verzögerten Knochenreifung führte. GB14 als moderat resorbierbares Material zeigte insgesamt die besten Resultate. GB14 förderte im Vergleich zu HA die Knochenneubildung und -differenzierung. Resorbierbare Keramiken können als Beschichtungen die knöcherne Integration von Implantaten fördern. Ihre Degradation sollte dabei idealerweise mit der Knochenneubildung synchronisiert sein.

Vor dem Hintergrund der zunehmenden Prävalenz von Adipositas ist die Erforschung der zugrunde liegenden Pathomechanismen, unter anderem der Leptinresistenz, von großer Bedeutung. Der Schwerpunkt der vorliegenden Arbeit lag in der Etablierung und Validierung einer Methode zur Bestimmung der Bioaktivität von Leptin in Serum. Aufgrund des Vorhandenseins von Leptinbindungsproteinen erscheint nur der Teil des Serumleptins funktionell entscheiden, der tatsächlich den Leptinrezeptor erreicht und eine Bioantwort im Sinne einer Gewichtsreduktion auszulösen vermag. Der Bioassay basiert auf der Nutzung von Luciferase als Reportergen im HEK-293-Zellkulturmodell. Während der Validierung konnte gezeigt werden, dass der Test ein sensitives und spezifisches Verfahren zur Messung von Leptin im Serum darstellt. Problematisch blieb die Reproduzierbarkeit der Messergebnisse, so dass deren Interpretation im Vergleich mit Ergebnissen anderer Verfahren zum Nachweis von Leptin (Radioimmunoassay) sinnvoll erscheint. Der Luciferase-Bioassay wurde zur Bestimmung des Leptins im Serum adipöser Kinder eingesetzt, wobei eine statistisch signifikante Korrelation zwischen deren Bioaktivität und klinischen Markern der Adipositas gefunden wurde.

Innerhalb dieser Arbeit sollte das Osteointegrationsvermögen von vier neuartigen calciumhaltigen Keramikbeschichtungen für knochenersetzende Implantate (FA-CZP, Ca4Ti3O10, GB14, 602020)auf Ti6Al4V Grundkörpern unter besonderer Berücksichtigung ihrer Resorbierbarkeit in vivo untersucht und bewertet werden. Als Vergleich dienten eine herkömmliche Hydroxylapatitbeschichtung und unbeschichtete, aufgeraute Ti6Al4V- Implantate. Die Probekörper wurden in die distale Femurmetaphyse bei Kaninchen implantiert. Nach Versuchszeiten von 2, 4, 6, 12 und 24 Wochen wurden die implantattragenden Knochenproben histologisch- morphologisch und quantitativ histomorphometrisch untersucht. FA-CZP (langzeitstabil) verursachte eine Mineralisierungsstörung im Interface und iste deshalb als Knochersatzmaterial nicht zu empfehlen. Ca4Ti3O10 als langzeitstabile dünne Beschichtung ermöglichte im Vergleich zu unbeschichteten Ti6Al4V- Implantaten initial eine Stimulation der Knochenneubildung und stellt -frühzeitiger als diese- direkten Knochenkontakt her. Die beiden schnell resorbierbaren Keramiken, GB14 und 602020, beweisen, dass mit einer Erhöhung der Löslichkeit eine Steigerung der osteogenen Reaktivität im orthotopen Lager verbunden ist. 602020 war stark abbaubar. Histomorphologisch war das korreliert mit einer vermehrten Osteoblasten- und Osteoidproliferation im Interface, was sekundär zu einer verzögerten Knochenreifung führte. GB14 als moderat resorbierbares Material zeigte insgesamt die besten Resultate. GB14 förderte im Vergleich zu HA die Knochenneubildung und -differenzierung. Resorbierbare Keramiken können als Beschichtungen die knöcherne Integration von Implantaten fördern. Ihre Degradation sollte dabei idealerweise mit der Knochenneubildung synchronisiert sein.

Die Regeneration und Rekonstruktion von Knochendefekten stellt eine klinische Herausforderung dar. Überschreitet ein knöcherner Defekt eine kritische Größe, ist das Regenerationsvermögen des Körpers nicht ausreichend, um den Defekt vollständig mit Knochengewebe zu schließen. Um das Einwachsen von Bindegewebe und den Verlust der Stützfunktion des Knochens zu verhindern, ist es notwendig, einen solchen Defekt mit einem Knochenersatzmaterial zu versorgen. Bei Patienten mit einer systemischen Skeletterkrankung, wie Osteoporose, liegen erschwerte Bedingungen für den Heilungsprozess vor. Osteoporose bedingt ist die Remodellierung des Knochens beeinträchtigt. Dies äußert sich in einer verzögerten Knochenheilung sowie in einer veränderten Knochenarchitektur und entstehenden Mikrofrakturen. Die Kombination aus der Fragilität des osteoporotischen Knochens und einer altersbedingten erhöhten Sturzgefahr resultiert in einem mit zunehmendem Alter steigenden Frakturrisiko. Knochendefekte und pathologische Frakturen, die Patienten im Verlauf einer postmenopausalen oder altersbedingten Osteoporose entwickeln, betreffen häufig die Wirbelsäule oder den Schenkel-hals. Die nur langsam oder nahezu nicht heilenden Frakturen gehen nicht nur mit Schmerzen einher, sondern schränken die Patienten auch funktionell in ihrem Alltag ein und können zur Pflegebedürftigkeit und Bettlägerigkeit führen. Die medizinische Versorgung solcher Defekte und Frakturen mit geeigneten Knochenersatzmaterialien ist nicht nur eine klinische, sondern eine interdisziplinäre Problemstellung.

Abstract der Posterpräsentation: Xerogele basierend auf Silikat und Kollagen wurden als lasttragendes Knochenersatzmaterial entwickelt. Das Materialkonzept [1] wurde durch den Zusatz verschiedener Calciumphosphate modifiziert. Das Ziel der Arbeit – die Bioaktivität der Komposite und somit das Zellverhalten zu beeinflussen – wird in Verbindung gesetzt zur derzeitigen kritischen Diskussion der Bioaktivität von Biomaterialien [2]. Die Xerogele wurden durch Nutzung eines Sol-Gel-Prozesses hergestellt, der durch die Änderung des pH-Wertes beim Mischen von Kieselsäure und einer Kollagenlösung initiiert wird. Hydroxylapatit (HAp), a-Tricalciumphosphat (TCP), Brushit und ein selbst entwickelter organisch modifizierter HAp wurden als Pulver sowie Ostim® als pastöse Komponente zur Kollagensuspension hinzugefügt. Die Xerogele wurden in Medien verschiedener Calciumkonzentrationen inkubiert. Die Charakterisierung erfolgte durch biochemische Methoden und Rasterelektronenmikroskopie. Der Einfluss der Xerogelbioaktivität auf die osteogene Differenzierung humaner mesenchymaler Stammzellen wurde biochemisch und durch konfokale Laser-Scanning-Mikroskopie analysiert. Die Zugabe von HAp, Ostim® oder TCP führte zu einer beschleunigten Apatitabscheidung auf den Xerogelen aus simulierter Körperflüssigkeit ebenso wie aus Zellkulturmedium (a-MEM). Im Gegensatz dazu verursachen organisch modifizierter HAp oder Brushit eine initiale Calciumfreisetzung aus den Xerogelen. Diese Freisetzung kompensiert das bioaktive Verhalten in gewissem Maße, was durch die Einlagerung in Calcium-freiem a-MEM bestätigt wurde. Die gesteigerte Bioaktivität der Xerogele entspricht einem verringerten Calciumgehalt im Medium, der wiederum einen nachteiligen Effekt auf die Proliferation hat und zur Inhibierung der Matrixmineralisation führt.

Abstract der Posterpräsentation: Xerogele basierend auf Silikat und Kollagen wurden als lasttragendes Knochenersatzmaterial entwickelt. Das Materialkonzept [1] wurde durch den Zusatz verschiedener Calciumphosphate modifiziert. Das Ziel der Arbeit – die Bioaktivität der Komposite und somit das Zellverhalten zu beeinflussen – wird in Verbindung gesetzt zur derzeitigen kritischen Diskussion der Bioaktivität von Biomaterialien [2]. Die Xerogele wurden durch Nutzung eines Sol-Gel-Prozesses hergestellt, der durch die Änderung des pH-Wertes beim Mischen von Kieselsäure und einer Kollagenlösung initiiert wird. Hydroxylapatit (HAp), a-Tricalciumphosphat (TCP), Brushit und ein selbst entwickelter organisch modifizierter HAp wurden als Pulver sowie Ostim® als pastöse Komponente zur Kollagensuspension hinzugefügt. Die Xerogele wurden in Medien verschiedener Calciumkonzentrationen inkubiert. Die Charakterisierung erfolgte durch biochemische Methoden und Rasterelektronenmikroskopie. Der Einfluss der Xerogelbioaktivität auf die osteogene Differenzierung humaner mesenchymaler Stammzellen wurde biochemisch und durch konfokale Laser-Scanning-Mikroskopie analysiert. Die Zugabe von HAp, Ostim® oder TCP führte zu einer beschleunigten Apatitabscheidung auf den Xerogelen aus simulierter Körperflüssigkeit ebenso wie aus Zellkulturmedium (a-MEM). Im Gegensatz dazu verursachen organisch modifizierter HAp oder Brushit eine initiale Calciumfreisetzung aus den Xerogelen. Diese Freisetzung kompensiert das bioaktive Verhalten in gewissem Maße, was durch die Einlagerung in Calcium-freiem a-MEM bestätigt wurde. Die gesteigerte Bioaktivität der Xerogele entspricht einem verringerten Calciumgehalt im Medium, der wiederum einen nachteiligen Effekt auf die Proliferation hat und zur Inhibierung der Matrixmineralisation führt.

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Vor dem Hintergrund der zunehmenden Prävalenz von Adipositas ist die Erforschung der zugrunde liegenden Pathomechanismen, unter anderem der Leptinresistenz, von großer Bedeutung. Der Schwerpunkt der vorliegenden Arbeit lag in der Etablierung und Validierung einer Methode zur Bestimmung der Bioaktivität von Leptin in Serum. Aufgrund des Vorhandenseins von Leptinbindungsproteinen erscheint nur der Teil des Serumleptins funktionell entscheiden, der tatsächlich den Leptinrezeptor erreicht und eine Bioantwort im Sinne einer Gewichtsreduktion auszulösen vermag. Der Bioassay basiert auf der Nutzung von Luciferase als Reportergen im HEK-293-Zellkulturmodell. Während der Validierung konnte gezeigt werden, dass der Test ein sensitives und spezifisches Verfahren zur Messung von Leptin im Serum darstellt. Problematisch blieb die Reproduzierbarkeit der Messergebnisse, so dass deren Interpretation im Vergleich mit Ergebnissen anderer Verfahren zum Nachweis von Leptin (Radioimmunoassay) sinnvoll erscheint. Der Luciferase-Bioassay wurde zur Bestimmung des Leptins im Serum adipöser Kinder eingesetzt, wobei eine statistisch signifikante Korrelation zwischen deren Bioaktivität und klinischen Markern der Adipositas gefunden wurde.