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Fragestellung: Atrophe Pseudarthrosen stellen ein klinisches Problem dar. Ihre Heilung kann durch Wachstumsfaktoren unterstützt werden. Mineral Coated Microparticles (MCM) sind Elektrolyt-beschichtete Hydroxylapatit-Partikel, die Wirkstoffe elektrostatisch binden und prolongiert freisetzen. In vitro wurde ihre Freisetzungskinetik u.a. für Vascular Endothelial Growth Factor (VEGF) untersucht (Yu et al., 2014). Unklar ist, ob MCM als Träger von VEGF auch in vivo bei Pseudarthrosen genutzt werden können.

Methodik: In CD-1 Mäusen (n=60; 35 ± 3g; 9-14 Wochen alt) wurden standardisiert atrophe Pseudarthrosen induziert (Garcia et al., 2008). Tiere der ersten Gruppe (MCM+VEGF; n=20) erhielten VEGF-beschichtete MCM (5µg VEGF/mg MCM; 2mg MCM/Tier). Die zweite Gruppe (MCM; n=20) erhielt unbeschichtete MCM (2mg MCM/Tier). Tiere der dritten Gruppe (NONE; n=20) erhielten keine MCM. Die Knochenbildung wurde 14 und 70 Tage (d) postoperativ untersucht. Die Quantifizierung von Knochenvolumen/Gewebevolumen (BV/TV; %) erfolgte durch Mikro-Computertomographie (µCT). Mittels 3-Punkt-Biegung wurde die Biegesteifigkeit des operierten Knochens (N/mm) analysiert. Kallusfläche (cm²) und Kalluszusammensetzung (Knochen-/Knorpel-/Bindegewebe) wurden histomorphometrisch (Safranin-O) evaluiert. Per Western Blot wurden 14d postoperativ die Proteinexpressionen (Pixel Intensität) der angiogenen Marker VEGF, Erythropoietin (EPO) und Erythropoietin-Rezeptor (EPO-R), sowie des osteogenen Markers Runt-related transcription factor 2 (RUNX-2) ermittelt. Die statistische Auswertung erfolgte mittels ANOVA (Signifikanzniveau p<0,05).

Ergebnisse und Schlussfolgerung: MCM mit VEGF-Beschichtung steigerte signifikant die Biegesteifigkeit nach 14d (MCM+VEGF: 0,4±0,1; MCM: 0,02±0,02; NONE: 0,2±0,01; p<0,014) und nach 70d (0,9±0,3; 0,4±0,1; 0,3±0,1; p<0,039).

In der µCT zeigte sich für MCM+VEGF eine Zunahme des BV/TV nach 14d (MCM+VEGF: 20,3±6,6; MCM: 8,0±1,0; NONE: 5,0±1,9; p<0,022) und zudem nach 70d (34,5±3,5; 9,0±3,0; 9,2±3,3; p<0,001).

Histomorphometrisch fand sich eine größere Kallusfläche nach 14d (MCM+VEGF: 4,5±0,8; MCM: 1,5±0,4; NONE: 2,5±0,4; p=0,005) und nach 70d (5,2±1,1; 3,2±0,6; 1,8±0,5; p=0,013). Die Kalluszusammensetzung war zu keinem Zeitpunkt signifikant unterschiedlich zwischen den Gruppen.

Western Blot Analysen zeigten eine höhere Expression im Frakturspalt für VEGF (MCM+VEGF: 19,2±2,8; MCM: 12,6±3,0; NONE: 5,5±9,0; p=0,018), EPO (32,5±6,8; 1,1±0,3; 5,9±0,5; p=0,009), sowie RUNX-2 (48,5±4,9; 4,5±4,8; 15,8±7,1; p=0,002), jedoch nicht für EPO-R.

Zusammenfassend zeigen diese Daten: Die Applikation von MCM mit prolongierter, lokaler Freisetzung von VEGF in den Frakturspalt verbessert signifikant die Knochenbildung in einem etablierten murinen Pseudarthrosemodell, am ehesten durch eine verbesserte, EPO-vermittelte Angiogenese sowie RUNX-2-induzierte Osteoblastendifferenzierung. VEGF-beschichtete MCM könnten somit von klinischem Nutzen in der Behandlung atropher Pseudarthrosen sein.