Bei der Behandlung der idiopathischen Adoleszentenskoliose werden für die Spondylodese verschiedene Knochenmaterialien verwendet. Das autologe Knochenmaterial wird als der „Goldstandard“ bezeichnet. Da größere Mengen von Knochenmaterial für die Spondylodese nötig sind, erfolgt die Entnahme des autologen Knochens oft auch vom Beckenkamm. Dies kann zu erheblichen Komplikationen führen. Bei der Verwendung von allogenem Material besteht immer die Gefahr der viralen und bakteriellen Kontamination. Aufgrund dieser Probleme besteht ein Interesse an kompatiblen und osteokonduktiven Knochenersatzmaterialien. In dieser Studie soll untersucht werden, ob mit dem Knochenersatzmaterial beta-Tricalciumphosphat in Granulatform eine spinale Fusion erreicht werden kann. Dazu wurden 28 Patienten mit idiopathischer Adoleszentenskoliose nach der Methode von Cotrel-Dubousset operiert. Für die dorsale Spondylodese wurde bei 19 Patienten eine Mischung aus autologem/allogenem Knochen verwendet. 9 Patienten erhielten eine Mischung aus autologem Knochen und 25 g beta-Tricalciumphosphat in Granulatform. Als Verlaufskontrolle wurden zu verschiedenen Zeitpunkten klinische Untersuchungen durchgeführt und Röntgenbilder angefertigt. Zur Beurteilung der Knochendichte wurde bei allen Patienten nach ca. 11 Monaten eine Computertomographie durchgeführt. Eine Fusion der Segmente war bei beiden Gruppen anhand der Röntgenbilder nach ca. 6 Monaten vorhanden. Keine Pseudarthrosen wurden beobachtet. Die Knochendichte war durchschnittlich 430 mg/cm³ in der TCP Gruppe und 337 mg/cm³ in der Knochengruppe. Nach ca. 8 Monaten war das TCP auf den Röntgenbilder nicht mehr nachweisbar. Nach den Ergebnissen zu urteilen, ist beta-Tricalciumphosphat eine gute Alternative bei der operativen Behandlung der idiopathischen Adoleszentenskoliose, mit der ähnliche spinale Fusionsraten, wie mit autologem/allogenem Knochen erreicht werden können, besonders, wenn große Mengen an Knochen benötigt werden. / For correction of idiopathic adolescent scoliosis different bone materials are used to achieve spinal fusion. Autograft bone is known as the gold standard. Mostly large quantities of bone materials are needed for spinal fusion. Autograft bone is often taken from the iliac crest which can lead to severe problems. Using allografts there is always a risk of viral or bacterial contamination. Due to these problems the interest in compatible and osteconductive bone materials is rising. The aim of this study is to evaluate the ability of beta-tricalciumphosphat in granular form to achieve dorsal spondylodesis in adolescent idiopathic scoliosis. 28 patients underwent surgical correction by the method of Cotrel-Dubousset. Posterolateral grafting was performed using autograft/allograft bone for 29 patients and a mixture of autograft bone and 25 g of beta-tricalciumphosphate for 9 patients. As a follow-up clinical examination and X-rays were done at several dates. To measure the bone density CT-scans were taken about 11 month after surgery. According to the radiographs a solid fusion was shown after approximately 6 month in both groups. No pseudarthrosis was observed. Bone mineral density was about 430 mg/cm³ in the TCP group and 337 mg/cm³ in the bone group. After approximately 8 month the TCP was unverifiable in the X-rays. Based on the results of this study beta-tricalciumphosphate can be seen as an alternative in the surgical correction of idiopathic adolescent scoliosis. Similar spinal fusion rates compared with the use of autograft/allograft bone can be achieved, especially when huge quantities of bone are needed.

Zur Therapie von Knochendefekten, die nach Traumata, nach Infektion oder Knochennekrosen ohne das Einbringen von Knochenersatz nicht zu heilen sind, wird versucht, Knochenersatz oder Knochenersatzgewebe mit Hilfe des Tissue Engineerings zu züchten. Da eine vollständige Vaskularisation für das Einheilen großer Ersatzgewebe unabdingbar ist, wird durch verschiedene Strategien versucht eine Blutgefäßversorgung solcher Knochenersatzgewebe zu erzielen. Das Ziel dieser Arbeit ist die Generierung axial vaskularisierten Knochenersatzgewebes mit einer β-Trikalziumphosphat-Hydroxylapatitkeramik, mesenchymalen Stammzellen und BMP-2 (bone morphogenetic protein 2) im Großtiermodell des Schafes. Um das Potential zur Knochenbildung bei Verwendung einer β-Trikalziumphosphat-Hydroxylapatitkeramik mit und ohne Zugabe des Wachstumsfaktors bone morphogenetic protein 2 (BMP-2) von ovinen mesenchymalen Stammzellen sowohl als direkt reimplantierte oder vorher expandierte Zellquelle zu untersuchen, wurden im ersten Teil dieser Studie die mesenchymalen Stammzellen des Schafes isoliert und durch Durchflusszytometrie auf Proteinebene und PCR-Untersuchung auf Genebene charakterisiert. Die für die Induktion der Knochenbildung nötige Konzentration von BMP-2 in Kombination mit der Knochenersatzmatrix und Fibrinkleber im Schaf wurde durch subkutane Implantation evaluiert. Nach zwölf Wochen Implantationsdauer wurden die Konstrukte mit 2,5 μg/ml, 12,5 μg/ml und 60 μg/ml BMP-2 im Fibrinkleber durch histologische Auswertung untersucht. Es konnte festgestellt werden, dass für die Ausbildung von lamellärem Knochengewebe 60μg/ml BMP-2 nötig waren. Als nächster Schritt wurden zur Untersuchung des Verhaltens der mesenchymalen Stammzellen für unterschiedliche Implantationsdauern sowohl direkt reimplantierte mesenchymale Stammzellen als auch expandierte Stammzellen im subkutanen Modell des Schafes untersucht. Das Verhalten der verschieden prozessierten Stammzellen war bezüglich ihres Proliferations- und Apoptoseverhaltens, das immunhistologisch untersucht wurde, ähnlich. Das Potential zur ektopen Knochenbildung der direkt reimplantierten mesenchymalen Stammzellen alleine oder in Kombination mit 60 μg/ml BMP-2 und der expandierten mesenchymalen Stammzellen jeweils mit β-Trikalziumphosphat-Hydroxylapatitkeramik und Fibrinkleber wurde nach zwölfwöchiger subkutaner Implantation untersucht. Durch PCR-Untersuchungen konnte gezeigt werden, dass in allen drei Gruppen Knochengene im Vergleich zur Kontrollgruppe mit β-Trikalziumphosphat-Hydroxylapatitkeramik und Fibrinkleber hochreguliert waren. Die quantitative histologische Auswertung ergab, dass die innerhalb der Konstrukte gebildete Knochenfläche im Vergleich zu den anderen Gruppen in den Konstrukten mit expandierten mesenchymalen Stammzellen signifikant größer war. Zur Generierung axial vaskularisierten Knochengewebes wurde das AV-Loop-Modell der Ratte auf das Schaf übertragen und das Potential von direkt reimplantierten mesenchymalen Stammzellen mit β-Trikalziumphosphat-Hydroxylapatitkeramik allein und mit der Zugabe von 60 μg/ml BMP-2 untersucht. Neben der Analyse der Vaskularisierung dieser Konstrukte durch immunhistologische und bildgebende Methoden wurde die Knochenbildung anhand histologischer Präparate quantifiziert. Die AV-Loop-Konstrukte beider Gruppen waren nach zwölfwöchiger Implantationsdauer vollständig vaskularisiert. Die für die Gruppe mit BMP-2 als Wachstumsfaktor durchgeführten intravitalen MRT-Untersuchungen zeigten, dass der Zuwachs an Gefäßen vor allem zwischen der vierten und achten Woche stattfand. Die quantitative Auswertung der neugebildeten Knochenfläche wurde semiautomatisch an histologischen Präparaten durchgeführt. In der Gruppe mit β-Trikalziumphosphat-Hydroxylapatitkeramik, direkt reimplantierten mesenchymalen Stammzellen und 60 μg/ml BMP-2 war die Knochenfläche signifikant größer als in der Gruppe ohne Wachstumsfaktor. Mit dieser Studie konnte erstmals im Großtiermodell gezeigt werden, dass mesenchymale Stammzellen nach direkter Reimplantation im subkutanen Modell und im AV-Loop-Modell zur Induktion der Knochenbildung fähig sind. Durch die Generierung axial vaskularisierten Knochenersatzgewebes im Großtiermodell des Schafes könnte es gelingen, die Größenlimitierung der durch Tissue Engineering gezüchteten Ersatzgeweben zu überwinden.

Zur Therapie von Knochendefekten, die nach Traumata, nach Infektion oder Knochennekrosen ohne das Einbringen von Knochenersatz nicht zu heilen sind, wird versucht, Knochenersatz oder Knochenersatzgewebe mit Hilfe des Tissue Engineerings zu züchten. Da eine vollständige Vaskularisation für das Einheilen großer Ersatzgewebe unabdingbar ist, wird durch verschiedene Strategien versucht eine Blutgefäßversorgung solcher Knochenersatzgewebe zu erzielen. Das Ziel dieser Arbeit ist die Generierung axial vaskularisierten Knochenersatzgewebes mit einer β-Trikalziumphosphat-Hydroxylapatitkeramik, mesenchymalen Stammzellen und BMP-2 (bone morphogenetic protein 2) im Großtiermodell des Schafes. Um das Potential zur Knochenbildung bei Verwendung einer β-Trikalziumphosphat-Hydroxylapatitkeramik mit und ohne Zugabe des Wachstumsfaktors bone morphogenetic protein 2 (BMP-2) von ovinen mesenchymalen Stammzellen sowohl als direkt reimplantierte oder vorher expandierte Zellquelle zu untersuchen, wurden im ersten Teil dieser Studie die mesenchymalen Stammzellen des Schafes isoliert und durch Durchflusszytometrie auf Proteinebene und PCR-Untersuchung auf Genebene charakterisiert. Die für die Induktion der Knochenbildung nötige Konzentration von BMP-2 in Kombination mit der Knochenersatzmatrix und Fibrinkleber im Schaf wurde durch subkutane Implantation evaluiert. Nach zwölf Wochen Implantationsdauer wurden die Konstrukte mit 2,5 μg/ml, 12,5 μg/ml und 60 μg/ml BMP-2 im Fibrinkleber durch histologische Auswertung untersucht. Es konnte festgestellt werden, dass für die Ausbildung von lamellärem Knochengewebe 60μg/ml BMP-2 nötig waren. Als nächster Schritt wurden zur Untersuchung des Verhaltens der mesenchymalen Stammzellen für unterschiedliche Implantationsdauern sowohl direkt reimplantierte mesenchymale Stammzellen als auch expandierte Stammzellen im subkutanen Modell des Schafes untersucht. Das Verhalten der verschieden prozessierten Stammzellen war bezüglich ihres Proliferations- und Apoptoseverhaltens, das immunhistologisch untersucht wurde, ähnlich. Das Potential zur ektopen Knochenbildung der direkt reimplantierten mesenchymalen Stammzellen alleine oder in Kombination mit 60 μg/ml BMP-2 und der expandierten mesenchymalen Stammzellen jeweils mit β-Trikalziumphosphat-Hydroxylapatitkeramik und Fibrinkleber wurde nach zwölfwöchiger subkutaner Implantation untersucht. Durch PCR-Untersuchungen konnte gezeigt werden, dass in allen drei Gruppen Knochengene im Vergleich zur Kontrollgruppe mit β-Trikalziumphosphat-Hydroxylapatitkeramik und Fibrinkleber hochreguliert waren. Die quantitative histologische Auswertung ergab, dass die innerhalb der Konstrukte gebildete Knochenfläche im Vergleich zu den anderen Gruppen in den Konstrukten mit expandierten mesenchymalen Stammzellen signifikant größer war. Zur Generierung axial vaskularisierten Knochengewebes wurde das AV-Loop-Modell der Ratte auf das Schaf übertragen und das Potential von direkt reimplantierten mesenchymalen Stammzellen mit β-Trikalziumphosphat-Hydroxylapatitkeramik allein und mit der Zugabe von 60 μg/ml BMP-2 untersucht. Neben der Analyse der Vaskularisierung dieser Konstrukte durch immunhistologische und bildgebende Methoden wurde die Knochenbildung anhand histologischer Präparate quantifiziert. Die AV-Loop-Konstrukte beider Gruppen waren nach zwölfwöchiger Implantationsdauer vollständig vaskularisiert. Die für die Gruppe mit BMP-2 als Wachstumsfaktor durchgeführten intravitalen MRT-Untersuchungen zeigten, dass der Zuwachs an Gefäßen vor allem zwischen der vierten und achten Woche stattfand. Die quantitative Auswertung der neugebildeten Knochenfläche wurde semiautomatisch an histologischen Präparaten durchgeführt. In der Gruppe mit β-Trikalziumphosphat-Hydroxylapatitkeramik, direkt reimplantierten mesenchymalen Stammzellen und 60 μg/ml BMP-2 war die Knochenfläche signifikant größer als in der Gruppe ohne Wachstumsfaktor. Mit dieser Studie konnte erstmals im Großtiermodell gezeigt werden, dass mesenchymale Stammzellen nach direkter Reimplantation im subkutanen Modell und im AV-Loop-Modell zur Induktion der Knochenbildung fähig sind. Durch die Generierung axial vaskularisierten Knochenersatzgewebes im Großtiermodell des Schafes könnte es gelingen, die Größenlimitierung der durch Tissue Engineering gezüchteten Ersatzgeweben zu überwinden.