Große knöcherne Defekte machen den Einsatz eines Knochenersatzmaterials notwendig. Autogene Spongiosa ist das in jeder Hinsicht unübertroffene Transplantat. Ihre Verfügbarkeit ist jedoch begrenzt. Die Entnahme autogener Spongiosa erfordert meist eine mit zusätzlichen Risiken behaftete und daher zusätzlicher Morbidität verbundene Zweitoperation. Allogene Knochenmatrixgelatine als Weiterverarbeitungsprodukt der demineralisierten Knochenmatrix ist ein osteoinduktives Implantat. Allogene BMG fördert die Regeneration knöcherner Substanzdefekte und kann durch Knochenbanken ständig in ausreichender Menge zur Verfügung gestellt werden. Die verwendete BMG ist ein avitales, vollständig demineralisiertes, antigenfreies Implantat mit günstiger Oberflächenstruktur und guter Bioverträglichkeit. Die Hydroxylapatitkera-mik Endobon® ist eine durch dosierte Verbrennung und Sinterung von boviner Spongiosa hergestellte True Bone Ceramic mit einer organisierten Trabekelstruktur und interkonnek-tierenden Poren. Das Ziel dieser Arbeit war, in vergleichenden Untersuchungen im orthotopen Modell den Einfluß der während der Präparation der BMG herrschenden Temperatur auf die Osteoinduktivität zu erfassen,am Minischwein die knöcherne Regeneration unter dem Einfluß von BMG im Vergleich zur Kombination aus BMG mit der Hydroxylapatitkeramik Endobon® zu untersuchen und dabei gleichzeitigden zeitlichen Verlauf der Knochenbildung beim Heilungsprozeß quantitativ zu erfassen. Die Untersuchung der Temperaturabhängigkeit erfolgte am Trepanationsdefekt bei Wistar- Ratten. Als Negativkontrolle diente der Leerdefekt. Die Heilung des Defekts wurde deskriptiv histologisch und mittels der biochemischen Marker Alkalische Phosphatase, Kalziumgehalt und Hydroxyprolin erfaßt. Die in diesem Versuch verwendete BMG wurde bei 4°C bzw. 22°C hergestellt. Untersuchungszeiträume waren 1, 2, 4, 6 und 12 Wochen. Folgende Ergebnisse wurden erzielt: Beide BMG-Präparationen produzierten eine vollständige Defektheilung nach 12 Wochen.Bei der histologischen Untersuchung konnte zu keinem der Untersuchungszeitpunkte ein Unterschied im Fortschritt der Defektregeneration zwischen beiden Vergleichsgruppen beobachtet werden.Die Aktivität der Alkalischen Phosphatase ist nach der zweiten und der vierten Wochen in der BMG 22°C-Gruppe signifikant (p=0.042 bzw. 0.012) erhöht. Der Kalzium-und Hydroxyprolingehalt werden aus Gründen, die im einzelnen im Kapitel 2.3. diskutiert werden, in diesem Versuch nicht als universell geeignete Parameter zur Erfassung der Osteogenese angesehen. Die Untersuchung der Heilung von Knochendefekten unter dem Einfluß von allogener BMG im Vergleich zu einer Kombination aus BMG mit einer Hydroxylapatitkeramik wurde an Minischweinen durchgeführt. Die zeitliche Dynamik des Knocheneinwuchses wurde anhand histologischer Fluoreszenzübersichten erfaßt. Die tägliche Markierung der Tiere mit Fluorochromen machte die Bestimmung der Knocheneinheilungsrate möglich. Detailhistologien zeigten die Qualität der knöchernen Einheilung. Mittels computergesteuerter Bildanalyse wurde die Quantität des Knocheneinwuchses gemessen. In diesem Versuch wurden folgende Ergebnisse erzielt: Allogene BMG allein hatte keine stimulative Wirkung auf die knöcherne Heilung im ersatzstarken Lager. Der Defekt war auch nach 12 Wochen noch nicht knöchern durchbaut.Der flächenmäßige Anteil neugebildeten Knochens bei Keramik+BMG lag nach 12 Wochen bei 80 % gegenüber 33 % bei alleiniger Implantation von BMG.Keramik mit BMG zeigte eine signifikante Förderung der knöchernen Regeneration und Integration (p=0.0004) mit Bildung einiger separater Osteogenesezentren im Defektzentrum. Die osteokonduktiven Eigenschaften der BMG sind nicht stark genug ausgeprägt, um bei Minischweinen die Heilung ossärer Defekte im ersatzstarken Lager zu beschleunigen. Die Kombination von BMG mit einer Hydroxylapatitkeramik erscheint wegen der signifikanten Beschleunigung des Knocheneinwuchses bei stabiler Fixation als geeignet für die klinische Anwendung. In der Literatur ist gut belegt, daß es sich bei BMG um ein osteoinduktives Implantat handelt. Wird ein klinischer Einsatz von BMG beabsichtigt, ist die vorherige Sterilisation eine unabdingbare Voraussetzung. Die Osteoinduktivität wird durch eine Reihe von Sterilisationsverfahren drastisch reduziert. Für den Verlust der Osteoinduktivität der hier verwendeten BMG kommt als wahrscheinlichste Ursache die Sterilisation im Peressigsäure- Unterdruck- Verfahren in Frage. Der wissenschaftliche Beweis dafür steht noch aus. Die Temperatur während der Präparation hat keinen signifikanten Einfluß auf die osteoinduktive Kapazität der BMG. / Osteoinductive bone replacement substances, particularly the Bone Morphogenetic Proteins (BMP), have long been the subject of scientific interest. However, even though the temperature stability of BMP up to 60 degrees Celsius it is well documented, the procedures for the preparation of demineralized bone matrix, Bone Morphogenetic Gelatin (BMG), and the extraction of BMP called for temperatures of 2 - 4 degrees Celsius. This results in considerable costs. It was previously shown that BMP rapidly loses its osteoinductivity when left in a postmortem milieu at room temperatures. To test the hypothesis that the conditions during the preparation of BMG at room temperature do not lead to a degradation of osteoinductivity, BMG was prepared at 4 centigrade and at room temperature. BMG was then implanted in calvaria defects of 6 mm diameter in Wistar rats. Defects were evaluated at 1, 2, 4, 6, and 12 weeks. Alkaline phosphatase activity, calcium, and hydroxyproline were employed as biochemical markers of osteoneogenesis. Descriptive histology showed no differences between the two implant materials. A control group gave proof that the defects did not heal without BMG. In a second experiment, the repair of bony defects in miniature pigs after implantation of BMG was compared to a combination of BMG with a hydroxyapatite ceramic. The defects measured 9.4 mm in diameter and were located in the patellar joint surface of both distal femurs. Each animal had one defect filled with BMG and one defect filled with a pressfit implanted cylindrical hydroxyapatite ceramic and BMG. Polychromic sequential dye marking allowed the quantification of bone healing at their respective time intervals. The defect repair was evaluated at 6 and 12 weeks using X-ray-documentation, fluorescence microscopy and computer assisted histomorphometry. Defects filled with a combination of BMG with pressfit implanted hydroxyapatite cylinder showed a significantly higher degree of healing as measured in terms of radius and area of bony ingrowth. CONCLUSIONS: BMG does not lose its osteoinductive capacity when prepared at room temperature. This translates into a considerable reduction in costs.The combination of the osteoinductive properties of BMG with osteoconductive biocompatible ceramics is superior over the defect repair produced by the sole implantation of BMG only.

Die Expression von Haupthistokompatibilitätsantigenen auf der Zelloberfläche kernhaltiger Zellen ist die Hauptursache für die Detektion durch das Immunsystem und die Rejektion allogener Transplantate. Eine vielversprechende Strategie, die MHC-I-Expression auf der Zelloberfläche zu senken, ist der Einsatz intrazellulär lokalisierter Antikörpern, sogenannter Intrabodies. In der vorliegenden Arbeit wurde erstmals versucht, eine die Expression an MHC-I-Molekülen auf der Zelloberfläche durch den Einsatz von anti-MHC-I-Intrabodies zu verhindern. Ein Hauptproblem in der Transplantation ist der Mangel an geeignetem Spendermaterial. Um diesem Zustand entgegenzuwirken, wird versucht, adäquaten Organersatz durch Tissue Engineering bereitzustellen. Die in vitro-Züchtung autologer epithelialer Zellen zur Generierung transplantierbarer Hautstücke spielt heute bereits eine große Rolle bei der Transplantation artifizieller Gewebe. Ferner werden diverse vollsynthetische Materialien für diesen Zweck hergestellt. Eine Verbesserung in diesen Bereich würde die Generierung von nicht-immunogenen allogenen Keratinozyten darstellen. Im Rahmen dieser Arbeit wurden primäre Rattenkeratinozyten mit anti-MHC-I-Intrabodies transfiziert. Diese Zellen zeigten einen MHC-I-"knock-out"-Phänotyp - eine starke Expression der Intrabodies war jedoch essentiell für die vollständige Zurückhaltung aller MHC-I-Moleküle in der Zelle. Neben der Applikation von Intrabodies in Rattenkeratinozyten konnte die MHC-I-Expression auf der Zelloberfläche von 293-Zellen und primären humanen Keratinozyten ebenfalls durch die Expression von anti-MHC-I-Intrabodies vermindert werden. Im Vergleich mit dem ebenfalls MHC-I-bindenden adenoviralen Protein p19 bewirkten die eingesetzten anti-MHC-I-Intrabodies bei gleich starker Expression eine wesentlich stärkere "Downregulation" der MHC-I-Oberflächenexpression von 293-Zellen. Intrabody-exprimierende Zellen zeigten keine signifikanten morphologischen oder physiologischen Veränderungen gegenüber untransfizierten Zellen: Wachstum, die Expression anderer Oberflächenmoleküle und morphologische Erscheinung waren unverändert. Es konnte lediglich eine verstärkte intrazelluläre Akkumulation von MHC-I-Molekülen detektiert werden. Die funktionelle Bedeutung der MHC-I-"Downregulation" durch Intrabodies konnte durch die stark verminderte zytolytische Aktivität zytotoxischer T-Zellen gegenüber Intrabody-exprimierender Rattenkeratinozyten im Vergleich zu unmodifizierten Zellen gezeigt werden. In der vorliegenden Arbeit ist es erstmals gelungen, Zellen mit einem vollständigen MHC-I-"knock-out"-Phänotyp zu erzeugen - bisherige Modifikationen der MHC-I-Oberflächenexpression durch die Generierung _2-Mikroglobulin- oder TAP-defizienter Mäuse führte zu keinem restlosen Verlust der Klasse-I-Moleküle auf der Zelloberfläche. MHC-I-"downregulierte" Keratinozyten könnten in der Hauttransplantation anstelle der limitiert zur Verfügung stehenden autologen Zellen eingesetzt werden oder in Kombination mit synthetischen Materialien verwendet werden, wo sie durch die Sekretion von heilungsfördernden Faktoren eine Verbesserung des Wundheilungsprozesses bewirken würden. / The expression of major histocompatibility antigens on the surface of eucaryotic cells is the predominant reason for immunologic detection and the rejection of allogeneic transplants. A promising strategy to lower the MHC I expression on the cell surface is the use of intracellular localized antibodies, termed intrabodies. In this work it has been tried for the first time to prevent the expression of MHC class I molecules on the cell surface by intrabody expression. A major problem in transplantation is the shortage of suitable donor material. To overcome this situation tissue engineering has and will continue to enlarge the scope of organ grafting. Today, the in vitro culture of autologous epithelial cells to generate transplantable skin sheets plays an important role in the transplantation of artificial tissues. Furthermore various fully synthetic materials are produced for transplantation. An improvement in this field could be the generation of non-immunogeneic allogeneic keratinocytes. Within this work primary rat keratinocytes have been transfected with anti-MHC-I-Intrabodies. These cells show a MHC I "knockout" phenotype - yet a strong intrabody expression was essential for the complete retention of all MHC I molecules inside the cell. Besides the application of intrabodies in keratinocytes the MHC I expression on the surface of 293 cells and human primary keratinocytes could be reduced by anti-MHC I intrabodies as well. In comparison with the also employed adenoviral protein p19 the applied intrabodies generated at the same expression level a much stronger down-regulation of the MHC I surface expression of 293 cells. Intrabody expressing cells did not show any significant morphologic or physiologic alterations compared to untransfected cells: growth, the expression of other surface molecules and the morphological appearance were unaltered. Merely an enhanced intracellular accumulation of MHC I molecules could be detected. The functional relevance of the MHC I down-regulation by intrabodies could be shown by the strong diminished cytolytic activity of cytotoxic T cells to intrabody expressing rat keratinocytes in comparison to unmodified cells. In this work cells with a completely MHC I knock-out phenotype has been successfully generated for the first time - modifications of the MHC I surface expression by generation of _2-microglobulin or TAP deficient mice did not lead to a complete loss of all MHC I molecules on the cell surface so far. MHC I down-regulated keratinocytes could be employed in skin transplantation instead of the limited available autologous cells or utilized in combination with synthetic materials where they would induce an improvement of the healing process by the secretion of cytokines.