Zugl.: Berlin, Freie Universiẗat, Diss., 2008.

Die optimale Therapie einer Skaphoidpseudarthrose wird kontrovers diskutiert. Ziel dieser Studie war es, einen Überblick über die realistischen Ergebnisse der Standardtherapie mittels Interposition eines nicht vaskularisierten Knochentransplantates und Osteosynthese mit kanülierten Schrauben oder Drähten bei dem unselektionierten Patientengut einer spezialisierten handchirurgischen Einrichtung zu bekommen. Im Rahmen einer klinisch- retrospektiven Studie wurden 70 Patienten untersucht, bei denen eine seit mindestens 6 Monaten bestehende Skaphoidpseudarthrose in der Klinik für Handchirurgie Bad Neustadt an der Saale im Zeitraum von 2006 bis 2009 in oben genannter Weise versorgt wurde mit Hilfe nicht- vaskularisierten Knochenmaterials.Ziel der Studie war es, einen Überblick über die reelen Heilungschancen bei einem relativ ungefilterten Patientengut zu bekommen. Neben der körperlichen Untersuchung und der röntgenologischen Befundung wurden der DASH- Score und der Krimmer- Score sowie die verbale und die numerisch-visuelle Schmerzskala erfasst. Bei klärungsbedürftigem röntgenologischen Befund erfolgte die Durchführung einer CT. Bei 40 Patienten (57%) kam es zu einer knöchernen Konsolidierung. 15 Patienten mussten insgesamt 22-mal nachoperiert werden. Die Schmerzen angegeben auf der numerisch-visuellen Schmerzskala besserten sich durch die Operation. Die im Vergleich zur Literatur niedrige Konsolidierungsrate von 57% spiegelt nach unserer Auffassung die Versorgungsrealität in einer Ausbildungsklinik mit mehreren Operateuren mit unterschiedlicher Erfahrung wider und zeigt, dass die Therapie der Skaphoidpseudarthrose schwierig bleibt. Auffällig ist unserem Krankengut außerdem eine Inkohärenz zwischen knöcherner Heilung der Skaphoidpseudarthrose und subjektiver Beschwerdefreiheit. / The optimal therapy for scaphoid non-union is controversially discussed. The aim of this study was to obtain an overview of the realistic results of standard therapy using interposition of a non-vascularized bone graft and osteosynthesis with cannulated screws or wires in a unselected patient population of a specialized hand surgical hospital. Within the scope of a clinical retrospective study 70 patients were examined in whom a scaphoid non-union existing for at least 6 months was treated in the Clinic for Hand Surgery Bad Neustadt an der Saale in the period from 2006 to 2009 in the above-mentioned manner with the help of non-vascularized bone material. In addition to the physical examination and the radiological findings, the DASH score and the Krimmer-score (Modified Mayo Wrist Score) as well as the verbal and numerical-visual pain scale were recorded. A CT scan was performed if the radiographic findings required clarification. 40 patients (57%) underwent bone consolidation. A total of 15 patients had to be operated again for 22 times in total. The pain indicated on the numerical-visual pain scale improved with the operation. In our opinion, the low consolidation rate of 57% compared to the literature reflects the reality of supply in a training clinic with unselected patients and shows that the therapy of scaphoid non-union remains difficult. Our patients also notice an incoherence between bony healing of scaphoid non-union and subjective severity of pain and functional restrictions.

Die ESWT ist eine nichtoperative Option, kann aber auch ergänzend zur operativen Therapie zur Behandlung von verzögerter (Knochen-)Heilung (VH) und Pseudarthrosen (PA) eingesetzt werden. Ihre Wertigkeit sowie beeinflussende Faktoren wurden an der oberen Extremität bisher nicht ausreichend quantifiziert. Sechzig Patienten wurden retrospektiv nach Anwendung einer ESWT hinsichtlich Ausheilungsrate und Konsolidierungszeit untersucht. Bei 70 % der Patienten kam es zur Ausheilung. Das Durchschnittsalter der Geheilten und Nichtgeheilten unterschied sich nicht signifikant. Das Rauchverhalten und die Zeit zwischen Trauma/OP und ESWT war bei Geheilten und Nichtgeheilten ohne signifikanten Unterschied. Die Ausheilungsrate war am höchsten an Mittelhandknochen/Finger/Daumen (91 %), gefolgt von Unterarmschaft (88 %), Epi-/Metaphyse des Unterarms (67 %) und zuletzt Handwurzelknochen (59 %). Nach konservativer Vorbehandlung heilten 55 %, bei > 2 Voroperationen 67 %, ohne Vorbehandlung 73 % und nach 1 Voroperation 75 %. Die weitere Analyse hinsichtlich der operativen Vorversorgung ergab nach alleiniger ORIF 85 %, ohne Voroperation 64 % und nach ORIF mit Knochenanfrischung/-transplantation 57 % Heilungsrate. Bei intraoperativer ESWT kombiniert mit Knochendebridement/-transplantation + ORIF heilten 67 %, kombiniert mit einer alleinigen ORIF 86 %. Bei alleiniger ESWT oder mit nur minimalen Maßnahmen konsolidierten 70 %. Die ESWT ist in jedem Stadium der Knochenheilungsstörung gleich wirksam. Die Prinzipien von Stabilität und Auffüllung bei vorhandenen Knochendefekten müssen auch bei der Anwendung der ESWT berücksichtigt werden, dann wirkt die ESWT alleinig oder kombiniert mit einer Operation gleichermaßen. Der negative Einfluss von Knochendefekten/-resorption ist auch mit ESWT noch nachweisbar. Ebenso ist die Behandlung des Kahnbeins problematischer als übrige Lokalisationen. Eine vorangegangene Operation stellt keinen negativen Faktor dar, auch wenn Fremdmaterial einliegt. / ESWT is a nonoperative option, but can also be used in addition to surgical therapy for the treatment of delayed bone healing (DBH) and non-union (NU). Their value as well as influencing factors of the upper extremity have not been adequately quantified so far. Sixty patients were retrospectively studied after application of ESWT with regard to healing rate and consolidation time. In 70 % of the patients, healing occurred. The median age of healed and non-healed did not differ significantly. Smoking behavior and the time between trauma/surgery and ESWT was in healed and in nonhealed without significant difference. The healing rate was highest at metacarpal/finger/thumb (91 %), followed by forearm shaft (88 %), epiphysis/metaphysis of the forearm (67 %), and lastly carpal bones (59 %). After conservative pre-treatment 55 % healed, with > 2 previous surgeries 67 % healed, without any pre-treatment 73 % healed, and after 1 previous surgery, 75 % healed. Further analysis of surgical pre-treatment showed 85 % healing after ORIF alone, 64 % without previous operation, and 57 % healing after ORIF with bone grafting/debridement. Intraoperative ESWT combined with bone debridement/transplantation + ORIF resulted in 67 % healing, and combined with ORIF alone resulted in 86 % healing. ESWT alone or with only minimal measures 70% consolidated. ESWT is equally effective at any stage of bone healing disorder. The principles of stability and filling of bone defects must also be taken into account when using ESWT, then ESWT alone or combined with surgery is equally effective. The negative influence of bone defects/resorption is still detectable even with ESWT. Furthermore, treatment of the scaphoid is more problematic than other localizations. Previous surgery is not a negative factor, even with osteosynthesis material in situ.

Die Pseudarthrose des mittleren Claviculadrittels stellt sich oft mit lokalen Schmerzen, Bewegungseinschränkung und neurologischen oder Durchblutungsstörungen dar. Für ein gutes postoperatives Ergebnis ist die anatomisch korrekte und mechanisch stabile Rekonstruktion unerlässlich. In dieser Arbeit wurden Patienten mit der anatomisch präkonturierten Meves-Kompressionsplatte behandelt. Es konnte eine sichere Heilung der Claviculapseudarthrose mit gutem bis sehr gutem klinischen Ergebnis unter der Verwendung der anatomisch präkonturierten Meves-Kompressionsplatte erzielt werden. / Pseudarthroses of the clavicle after fractures of the medial third often present with local pain, compromised shoulder function, or neurovascular symptoms. Reconstruction of normal clavicular anatomy and solid fusion is a prerequisite for good clinical outcome after surgical treatment. In this study, patients with clavicular pseudarthrosis were treated with the anatomical precontoured Meves plate. In our patients, secure healing of clavicular nonunion was achieved with the anatomical precontoured Meves plate, with good or excellent clinical outcomes.

Thesis--Copenhagen. / Summary in Danish. Bibliography: p. [210]-222.

Thesis--Copenhagen. / Summary in Danish. Bibliography: p. [210]-222.

Eine Fraktur, welche nicht innerhalb von 4 Monaten ausheilt bezeichnet man als verzögerte Knochenheilung. Kommt es innerhalb von 6 bis maximal 8 Monaten nicht zur Knochenintegrität spricht man von einer Pseudarthrose. Trotz moderner Knochenosteosynthese und Osteoinduktiven Substanzen sind Knochenheilungsstörungen immer noch eine häufige und ernste Komplikation. Um die Qualität der Behandlung von Pseudarthrosen in der Klinik für Unfallchirurgie, Plastische und Wiederherstellungschirurgie der Universität Göttingen zu verbessern, wurde das Outcome von 175 Patienten mit Ergebnissen der aktuellen Literatur verglichen. Die fünf häufigsten Frakturlokalisationen Tibia, Femur, Humerus, Scaphoid und Clavicula wurden dabei detailliert untersucht.

Die Sprunggelenksarthrodese ist bei therapieresistenter Schmerzsymptomatik einer Sprunggelenksarthrose, nicht beherrschbarer Entzündung im Bereich des Rückfußes, Talusnekrose, schmerzhafter Pseudarthrose nach Arthrodese der Sprunggelenke sowie kontrakter Deformität des Rückfußes mit Gangstörung und Hautkomplikation indiziert. Sie stellt immer noch einen komplizierten Eingriff mit einer hohen Komplikationsrate dar. Dazu trägt neben den häufigen Wundheilungsstörungen die Pseudarthrose bei. Das Risiko für die Entstehung einer solchen Pseudarthrose hängt von klinischen Faktoren wie der sprunggelenksnahen Osteopenie, der Dauermedikation von Kortikoiden sowie dem Nikotinabusus und von operativen Faktoren wie der Komplexität des Verfahrens und Stabilität der Methode ab. Beim parallelen Auftreten dieser Faktoren mit Beeinträchtigung des biologischen und mechanischen Standbeins der Osteoneogenese potenziert sich dieses Risiko. Eine Sonderstellung unter den Risikofaktoren nimmt die sprunggelenksnahe Osteopenie ein. Nach entsprechender Analyse kommt sie hier signifikant vor. Ihre Diagnose beruft sich auf der nicht zu vernachlässigenden Anamnese, der bereits verordneten Medikation, der aussagefähigen, jedoch nicht standardisierten Knochendichtemessung und der entscheidenden Röntgendiagnostik. In Zukunft sollte präoperativ die bereits standardisierte Röntgendiagnostik mit einer Knochendichtemessung kombiniert werden. Leider ist präoperativ das Risiko, an einer Pseudarthrose nach einer Sprunggelenksarthrodese zu leiden, nur abschätzbar und nicht quantifizierbar. Neben der objektiven Befundung mittels Röntgen kann die subjektive Einschätzung des Patienten bei der Beurteilung der Pseudarthrose hilfreich sein. Somit müssen falsch positive Röntgenbefunde bei klinisch stummer Pseudarthrose im Sinne einer fibrösen Ankylosierung eingestuft und keiner Operation zugeführt werden. Bei einer Pseudarthrose nach der Sprunggelenksarthrodese mit Angabe einer Unzufriedenheit, einem moderaten Schmerz bei leichter Belastung, einem regelmäßigen Analgetikagebrauch, einem VAS-Wert ab 5, einer beschwerdefreien Gehstrecke unter 100m mit Gebrauch von 2 UAGS ist nach Aufklärung des Patienten die Re-Arthrodese zu diskutieren. Es sollten dann die Compliance jedes Patienten verbessert (Abstellen des Nikotinabusus), die präoperative Therapie von Neben- (Osteopenie) und Grunderkrankung (Umsetzung der immunsupprimierenden Therapie) optimiert und das geeignete Vorgehen (z.B. Zweizeitigkeit bei Pantalar-Arthrodese (zuerst talocrural und dann talotarsal) bzw. Nutzung interne Kompressionsmethoden mit autologem Knochenspan bei Knochendefekt) gewählt werden. / In painful osteoarthrosis, arthritis and pseudarthrosis of the ankle joint, in osteonecrosis of the talus and in deformity of the foot with limp and complications of skin the arthrodesis of the hindfoot is indicated. This is a difficult operation with many comlications like infection and pseudarthrosis. The risk of a pseudarthrosis depends on clinical factors like osteopenie, corticoid medication, nicotin and operative factors like the stabilisation. These factors injure the biological and mechanic basis of osteoneogenesis. The osteopenie is a significant risk factor. The diagnosis of the osteopenie is based on the anamnesis, the medication, the measurement of the bonemass and the x-ray. In future there must be standard to combinated the measurement of bonemass and x-ray. The risk of pseudarthrosis is not to quantify. The x-ray and the pain characterize a pseudarthrosis. So a painless pseudarthrosis don´t have to operate. When a patient with a pseudarthrosis is dissatisfied, when the pain is moderate with a value in the visuel analog scale of pain higher as 5, when analgetic medication are regular used, a painless walking less than 100m, a necessary use of supports a new arthrodesis ist indicated. Now the compliance of patient, the therapie of diseases and the operation methodes are improved.

Die Entwicklung innovativer Therapiekonzepte für die Knochenregeneration erfordert validierte segmentale Knochendefekt-Tiermodelle. Dabei ist das Mausmodell für die präklinische Testung von zentraler Bedeutung, jedoch fehlen in der wissenschaftlichen Literatur bislang Angaben zu validierten, extern stabilisierenden kritischen segmentalen Knochendefektmodellen an der immundefizienten Maus. Das Ziel dieser Arbeit war daher die Entwicklung und in vivo Evaluierung eines zuverlässigen und einfach zu handhabenden Modells für extern stabilisierte kritische Knochendefekte an der immundefizienten Maus. Dreißig männliche nu/nu-Mäuse (40,7±2,8 g, 95±2,6 d) wurden mittels Isofluraninhalation narkotisiert und anschließend ein externer Fixateur (MouseExFix, RISystem, AO Research Institute Davos, Schweiz) am rechten Femur angebracht. Femorale Knochendefekte der Länge 1 mm (n=10), 2 mm (n=10) und 3 mm (n=10) wurden erzeugt. Der Wundverschluss erfolgte mit Einzelknopfnähten. Röntgenaufnahmen wurden unmittelbar postoperativ und im Folgenden alle zwei Wochen innerhalb des Beobachtungszeitraums von zwölf Wochen angefertigt und im Hinblick auf Knochenregeneration und –fusion ausgewertet. Weiterhin wurden histomorphologische, histomorphometrische, immunhistochemische und µCT-Analysen zur dreidimensionalen und zellulären Beurteilung der Knochenheilung angefertigt. Alle Tiere überlebten die Operation. Sechs Tiere starben innerhalb des Beobachtungszeitraums als Folge von starkem Blutverlust (n=1), Infektion (n=1), Pinlockerung, welche die Euthanasie erforderlich machte (n=2) und durch Komplikationen bei der Anästhesie (n=2). Die µCT-Analyse nach zwölf Wochen zeigte, dass 3/8 der 1 mm-Defekte, 5/8 der 2 mm-Defekte und 8/8 der 3 mm-Defekte eine Pseudarthrose aufwiesen. Das mittlere Defektvolumen stieg signifikant (p<0,001) mit der Größe des Defektes und betrug 0,36±0,42 mm³ (1 mm-Gruppe), 1,4±0,88 mm³ (2 mm-Gruppe), bzw. 2,88±0,28 mm³ (3 mm-Gruppe). Die mittlere Defektgröße verringerte sich entsprechend um 77,6% (1 mm-Gruppe), 56,8% (2 mm-Gruppe), bzw. 28,6% (3 mm-Gruppe). Die histomorphologischen, histomorphometrischen und immunhistochemischen Analysen zeigten keine statistisch signifikanten Unterschiede zwischen den drei experimentellen Gruppen. Das verwendete MouseExFix-System ist ein zuverlässiges und einfach zu handhabendes Verfahren zur Stabilisierung eines kritischen segmentalen Knochendefekts an der immundefizienten Maus, wenn ein 3 mm-Defekt erzeugt wird. Das im Rahmen der Studie entwickelte und validierte murine extern stabilisierte, segmentale kritische Knochendefektmodell ermöglicht die präklinische Evaluierung von Konzepten zur lokalen Knochenregeneration inklusive der Verwendung allo- und xenogener Zellen. / The development of innovative therapies for bone regeneration requires the use of advanced site-specific bone defect small animal models. In this context, murine models are of major importance as they allow for sufficient sample sizes prior to preclinical testing using larger animals. Owing to the small dimensions of the murine femur only a few custom fabricated fixation devices have been described in the literature so far. The aim of this investigation was to develop and validate a new, externally fixated critical size bone defect model for immunodeficient mice. Thirty male nu/nu mice (40.7 ± 2.8 g, 95 ± 2.6 days old) were anesthetized by isoflurane inhalation and an external fixation device (MouseExFix, RISystem, AO Research Institute Davos, Switzerland) was attached to the right femur. Femoral bone defects of 1 mm (n=10), 2 mm (n=10) and 3 mm (n=10) were created. Wounds were closed without any additional treatment. X-ray films obtained immediately after surgery and every 2 weeks postoperatively during the 12 week postoperative observation period were evaluated for bony regeneration and fusion. Furthermore, histomorphology, histomorphometry, immunohistochemistry and µCT analysis were performed. All of the animals survived the operation. Twenty four out of 30 animals reached the twelfth postoperative week. µCT analyses after twelve weeks showed that 3/8 of the 1 mm defects, 5/8 of the 2 mm defects and 8/8 of the 3 mm defects remained as nonunions. The defect volume was 0.36 ± 0.42 mm³ (1 mm group), 1.40 ± 0.88 mm³ (2 mm group), and 2.88 ± 0.28 mm³ (3 mm group) (p<0.001, between all groups). The defect size decreased by 77.6% (1-mm group), 56.8% (2-mm group) and 28.6% (3-mm group) (p=0.152, between all groups). Our method using the MouseExFix device has proven to be a reliable and easy-to-handle external fixation system for the stabilization of critical-size segmental bone defects in immundeficient mice when 3 mm defects are generated. This mouse model allows for high-throughput translational evaluation of concepts for site-specific bone regeneration including strategies using allogenic and xenogenic cell types.

Die Entwicklung innovativer Therapiekonzepte für die Knochenregeneration erfordert validierte segmentale Knochendefekt-Tiermodelle. Dabei ist das Mausmodell für die präklinische Testung von zentraler Bedeutung, jedoch fehlen in der wissenschaftlichen Literatur bislang Angaben zu validierten, extern stabilisierenden kritischen segmentalen Knochendefektmodellen an der immundefizienten Maus. Das Ziel dieser Arbeit war daher die Entwicklung und in vivo Evaluierung eines zuverlässigen und einfach zu handhabenden Modells für extern stabilisierte kritische Knochendefekte an der immundefizienten Maus. Dreißig männliche nu/nu-Mäuse (40,7±2,8 g, 95±2,6 d) wurden mittels Isofluraninhalation narkotisiert und anschließend ein externer Fixateur (MouseExFix, RISystem, AO Research Institute Davos, Schweiz) am rechten Femur angebracht. Femorale Knochendefekte der Länge 1 mm (n=10), 2 mm (n=10) und 3 mm (n=10) wurden erzeugt. Der Wundverschluss erfolgte mit Einzelknopfnähten. Röntgenaufnahmen wurden unmittelbar postoperativ und im Folgenden alle zwei Wochen innerhalb des Beobachtungszeitraums von zwölf Wochen angefertigt und im Hinblick auf Knochenregeneration und –fusion ausgewertet. Weiterhin wurden histomorphologische, histomorphometrische, immunhistochemische und µCT-Analysen zur dreidimensionalen und zellulären Beurteilung der Knochenheilung angefertigt. Alle Tiere überlebten die Operation. Sechs Tiere starben innerhalb des Beobachtungszeitraums als Folge von starkem Blutverlust (n=1), Infektion (n=1), Pinlockerung, welche die Euthanasie erforderlich machte (n=2) und durch Komplikationen bei der Anästhesie (n=2). Die µCT-Analyse nach zwölf Wochen zeigte, dass 3/8 der 1 mm-Defekte, 5/8 der 2 mm-Defekte und 8/8 der 3 mm-Defekte eine Pseudarthrose aufwiesen. Das mittlere Defektvolumen stieg signifikant (p<0,001) mit der Größe des Defektes und betrug 0,36±0,42 mm³ (1 mm-Gruppe), 1,4±0,88 mm³ (2 mm-Gruppe), bzw. 2,88±0,28 mm³ (3 mm-Gruppe). Die mittlere Defektgröße verringerte sich entsprechend um 77,6% (1 mm-Gruppe), 56,8% (2 mm-Gruppe), bzw. 28,6% (3 mm-Gruppe). Die histomorphologischen, histomorphometrischen und immunhistochemischen Analysen zeigten keine statistisch signifikanten Unterschiede zwischen den drei experimentellen Gruppen. Das verwendete MouseExFix-System ist ein zuverlässiges und einfach zu handhabendes Verfahren zur Stabilisierung eines kritischen segmentalen Knochendefekts an der immundefizienten Maus, wenn ein 3 mm-Defekt erzeugt wird. Das im Rahmen der Studie entwickelte und validierte murine extern stabilisierte, segmentale kritische Knochendefektmodell ermöglicht die präklinische Evaluierung von Konzepten zur lokalen Knochenregeneration inklusive der Verwendung allo- und xenogener Zellen.:1 Einleitung 1 1.1 Hintergrund 1 1.2 Das Mausmodell 2 1.3 Übersicht Tierversuche mit Knochendefekten 5 1.4 Frakturheilung 6 1.4.1 Allgemeines 6 1.4.2 Räumliche Gliederung 7 1.4.3 Expression von Proteinen der extrazellulären Matrix 8 1.4.4 Das Vier-Phasen-Modell der Frakturheilung 9 1.4.5 Das anabolisch/ katabolische Modell der Frakturheilung 12 1.4.6 Beeinflussung der Frakturheilung 12 1.4.7 Das Diamantkonzept 14 1.5 Osteosynthesesysteme 14 1.6 Pseudarthrosen 15 1.6.1 Definition 15 1.6.2 Ätiologie 16 1.6.3 Klassifikation 16 1.6.4 Therapie 17 2 Material und Methoden 19 2.1 Versuchstiere 19 2.2 Operationsvorbereitung 19 2.3 Operationsablauf 20 2.4 Postoperatives Vorgehen 27 2.5 Verlaufskontrolle 28 2.6 Entnahme der Präparate 29 2.7 Anfertigung der µCT-Aufnahmen 30 2.8 Anfertigung der histologischen Schnitte 30 2.8.1 Bearbeitung der Femora 30 2.8.2 verwendete Färbungen 31 2.9 Beurteilung der Schnitte 32 2.9.1 Histologische Beurteilung 32 2.9.2 Histomorphometrische Beurteilung 33 2.10 Statistik 33 3 Ergebnisse 34 3.1 Überlebensraten und Gewichtsverlauf 34 3.2 Röntgenauswertung 35 3.3 CT-Auswertung 38 3.4 Histologische Auswertung 41 3.5 Histomorphometrische Auswertung 44 3.5.1 TRAP 44 3.5.2 Osteocalcin 46 3.5.3 Osteopontin 47 3.5.4 Osteonectin 48 4 Diskussion 50 4.1 Diskussion etablierter Modelle für kritische Knochendefekte 50 4.1.1 Diskussion der Konzeption der Modelle 50 4.1.2 Diskussion der durchgeführten Anästhesieverfahren 54 4.1.3 Diskussion der Ergebnisse 55 4.1.4 Diskussion der Defektlängen 56 4.1.5 Diskussion der verschiedenen Osteosynthesesysteme 57 4.1.6 Diskussion der Ausfaller 59 4.2 Anwendung und Nutzen immundefizienter Tiermodelle 60 4.3 Vergleich des tibialen und des femoralen murinen Frakturmodells 63 4.4 Diskussion der Beurteilung der Knochenheilung mittels bildgebender und histologischer Verfahren 63 4.5 Anwendungsmöglichkeiten 65 4.6 Schlussfolgerungen 66 5 Zusammenfassung 67 5.1 In deutscher Sprache 67 5.2 In englischer Sprache 68 6 Literaturverzeichnis 70 7 Anhang 92 7.1 Danksagung 92 7.2 Lebenslauf 93 7.3 Veröffentlichungen 95 7.4 Wertetabellen 96 7.5 Erklärungen zur Eröffnung des Promotionsverfahrens 109 / The development of innovative therapies for bone regeneration requires the use of advanced site-specific bone defect small animal models. In this context, murine models are of major importance as they allow for sufficient sample sizes prior to preclinical testing using larger animals. Owing to the small dimensions of the murine femur only a few custom fabricated fixation devices have been described in the literature so far. The aim of this investigation was to develop and validate a new, externally fixated critical size bone defect model for immunodeficient mice. Thirty male nu/nu mice (40.7 ± 2.8 g, 95 ± 2.6 days old) were anesthetized by isoflurane inhalation and an external fixation device (MouseExFix, RISystem, AO Research Institute Davos, Switzerland) was attached to the right femur. Femoral bone defects of 1 mm (n=10), 2 mm (n=10) and 3 mm (n=10) were created. Wounds were closed without any additional treatment. X-ray films obtained immediately after surgery and every 2 weeks postoperatively during the 12 week postoperative observation period were evaluated for bony regeneration and fusion. Furthermore, histomorphology, histomorphometry, immunohistochemistry and µCT analysis were performed. All of the animals survived the operation. Twenty four out of 30 animals reached the twelfth postoperative week. µCT analyses after twelve weeks showed that 3/8 of the 1 mm defects, 5/8 of the 2 mm defects and 8/8 of the 3 mm defects remained as nonunions. The defect volume was 0.36 ± 0.42 mm³ (1 mm group), 1.40 ± 0.88 mm³ (2 mm group), and 2.88 ± 0.28 mm³ (3 mm group) (p<0.001, between all groups). The defect size decreased by 77.6% (1-mm group), 56.8% (2-mm group) and 28.6% (3-mm group) (p=0.152, between all groups). Our method using the MouseExFix device has proven to be a reliable and easy-to-handle external fixation system for the stabilization of critical-size segmental bone defects in immundeficient mice when 3 mm defects are generated. This mouse model allows for high-throughput translational evaluation of concepts for site-specific bone regeneration including strategies using allogenic and xenogenic cell types.:1 Einleitung 1 1.1 Hintergrund 1 1.2 Das Mausmodell 2 1.3 Übersicht Tierversuche mit Knochendefekten 5 1.4 Frakturheilung 6 1.4.1 Allgemeines 6 1.4.2 Räumliche Gliederung 7 1.4.3 Expression von Proteinen der extrazellulären Matrix 8 1.4.4 Das Vier-Phasen-Modell der Frakturheilung 9 1.4.5 Das anabolisch/ katabolische Modell der Frakturheilung 12 1.4.6 Beeinflussung der Frakturheilung 12 1.4.7 Das Diamantkonzept 14 1.5 Osteosynthesesysteme 14 1.6 Pseudarthrosen 15 1.6.1 Definition 15 1.6.2 Ätiologie 16 1.6.3 Klassifikation 16 1.6.4 Therapie 17 2 Material und Methoden 19 2.1 Versuchstiere 19 2.2 Operationsvorbereitung 19 2.3 Operationsablauf 20 2.4 Postoperatives Vorgehen 27 2.5 Verlaufskontrolle 28 2.6 Entnahme der Präparate 29 2.7 Anfertigung der µCT-Aufnahmen 30 2.8 Anfertigung der histologischen Schnitte 30 2.8.1 Bearbeitung der Femora 30 2.8.2 verwendete Färbungen 31 2.9 Beurteilung der Schnitte 32 2.9.1 Histologische Beurteilung 32 2.9.2 Histomorphometrische Beurteilung 33 2.10 Statistik 33 3 Ergebnisse 34 3.1 Überlebensraten und Gewichtsverlauf 34 3.2 Röntgenauswertung 35 3.3 CT-Auswertung 38 3.4 Histologische Auswertung 41 3.5 Histomorphometrische Auswertung 44 3.5.1 TRAP 44 3.5.2 Osteocalcin 46 3.5.3 Osteopontin 47 3.5.4 Osteonectin 48 4 Diskussion 50 4.1 Diskussion etablierter Modelle für kritische Knochendefekte 50 4.1.1 Diskussion der Konzeption der Modelle 50 4.1.2 Diskussion der durchgeführten Anästhesieverfahren 54 4.1.3 Diskussion der Ergebnisse 55 4.1.4 Diskussion der Defektlängen 56 4.1.5 Diskussion der verschiedenen Osteosynthesesysteme 57 4.1.6 Diskussion der Ausfaller 59 4.2 Anwendung und Nutzen immundefizienter Tiermodelle 60 4.3 Vergleich des tibialen und des femoralen murinen Frakturmodells 63 4.4 Diskussion der Beurteilung der Knochenheilung mittels bildgebender und histologischer Verfahren 63 4.5 Anwendungsmöglichkeiten 65 4.6 Schlussfolgerungen 66 5 Zusammenfassung 67 5.1 In deutscher Sprache 67 5.2 In englischer Sprache 68 6 Literaturverzeichnis 70 7 Anhang 92 7.1 Danksagung 92 7.2 Lebenslauf 93 7.3 Veröffentlichungen 95 7.4 Wertetabellen 96 7.5 Erklärungen zur Eröffnung des Promotionsverfahrens 109