Entwicklung und Realisierung neuer Designs zur Nutzung als Knochenersatzmaterial mittels Fused-Deposition-Modelling-3D- Druck

Die Therapie langstreckiger Knochendefekte stellt auch weiterhin eine große Herausforderung dar. Dies beruht unter anderem darauf, dass der therapeutische Goldstandard - die Verwendung von autogener Knochensubstanz aus dem Beckenkamm - neben der begrenzten Verfügbarkeit vor allem Komplikationen im Bereich der Entnahmestelle mit sich bringen kann. Es wurde bisher aber noch kein durchschlagendes Ergebnis in der Entwicklung neuer Scaffolds zum Einsatz bei langstreckigen Knochendefekten erreicht. Dies kann eine Vielzahl an Ursachen haben, die sich von der verwendeten Ausgangssubstanz, bis hin zum verwendeten Design erstrecken können. Neben dem Ausgangsmaterial spielen vor allem die Formgebung und physikalische Eigenschaften, wie Porosität und Mikroarchitektur, eine wichtige Rolle. Ein aktueller Ansatz zur Nutzung als alternatives Knochenersatzmaterial ist das Knochen-Tissue-Engineering. Hierbei werden körpereigene, knochen-regenerative Zellen mit einem dreidimensionalen Gerüststoff (Knochenersatzmaterial oder -scaffold) kombiniert und in den Knochendefekt implantiert. In dieser Arbeit wurde der Fokus auf die Designentwicklung eines neuen Kochenersatz-Scaffolds gelegt. Nach Vorbild schon vorgestellter Knochenersatzdesigns und unter Berücksichtigung einer Grundstruktur, die auch Phasen der Knochenheilung wie die Frakturhämatomausbreitung und initiale Nährstoffversorgung einbeziehen sollte, wurden mehrere Designs (Raster, Tempel, Zwiebel) entwickelt. Mithilfe des additiv extrusionsbasierten Schmelzschichtverfahrens (Fused Filament Fabrication) wurden die in Computer-Aided Design entworfenen Scaffolds realisiert. Dieser Ansatz beinhaltet, unter Verwendung des resorbierbaren und biokompatiblen Trägerpolymers Polylaktat, mehrstufige Designs, die kleine biologisch funktionelle Einheiten in eine tragende, kompressionsfeste Rahmenstruktur einbetten. Hierdurch entsteht einerseits die nötige mechanische Belastbarkeit und andererseits eine offene Architektur mit Poren, die Diffusion von Sauerstoff und Nährstoffen in die inneren Bereiche des Implantats ermöglicht. Es wurden verschiedene Designs entwickelt, gedruckt und mechanisch sowie in vitro in den Kernbereichen Zelladhäsion, Zellaktivität und osteogene Differenzierung nach Besiedelung mit Saos-2-Zellen charakterisiert. Ein weiterer Entwicklungsschritt stellte das Einführen eines neuartigen, innerhalb der Designs kompatiblen Baukastensystems dar. Hierdurch wird nicht nur die Anpassbarkeit an den Knochendefekt verbessert, es sind auch weitere Funktionen ergänzbar und die unterschiedlichen Designs untereinander kombinierbar. Die Ergebnisse dieser Dissertationsarbeit dienen als Basis für einen völlig neuen Ansatz von Knochenersatzmaterialien mit positiven biologischen sowie biophysikalischen Eigenschaften.

Einfluss nichtsteroidaler Antiphlogistika auf equine mesenchymale Stammzellen in vitro

Zusammenfassung Gegenstand und Ziel: Für die Therapie von orthopädischen Erkrankungen wie Sehnenläsionen werden mesenchymale Stammzellen therapeutisch genutzt. Da den Pferden vor der Stammzelltherapie routinemäßig nichtsteroidale Antiphlogistika (NSAID) verabreicht werden, war es das Ziel dieser Studie zu untersuchen, wie sich diese Substanzen unter Zellkulturbedingungen auf die mesenchymalen Stammzellen hinsichtlich Vitalität, Proliferation und Differenzierung auswirken. Mate - rial und Methoden: Nach Inkubation der mesenchymalen Stamm - zellen (MSC) mit den NSAID Flunixin, Phenylbutazon und Meloxicam wurden Vitalität, Proliferationsrate und Wachstum der MSC geprüft. Durch Kultivierung der MSC in Medien für die adipogene, chondrogene und osteogene Differenzierung wurde mittels histologischer Nachweismethoden auch der Einfluss der NSAID auf die Differenzierungskapazität beurteilt. Ergebnisse: Von den in therapeutisch relevanten Konzentrationen eingesetzten NSAID konnte ausschließlich Flunixin eine Verlängerung der Generationszeit und damit eine Verminderung der Proliferationsrate induzieren. Darüber hinaus wurde insbesondere durch Flunixin und Metacam das osteogene Differenzierungspotenzial inhibiert, während die adipogene und die chondrogene Differenzierung durch alle drei NSAIDs unbeeinflusst blieb.Schlussfolgerung: Die hier verwendeten NSAID haben abgesehen von Flunixin keinen negativen Einfluss auf Vitalität und Proliferation. Die osteogene Differenzierung der Stammzellen unterliegt großen Schwankungen, was frühere Daten bestätigt. Klinische Relevanz: Die Auswahl der in der Pferdepraxis üblicherweise verwendeten NSAID muss in Zusammenhang mit einer Stammzelltherapie kritisch hinterfragt werden. Von einer Vorbehandlung mit Flunixin ist eher abzusehen.

Störungen des Mineral- und Knochenhaushalts bei Niereninsuffizienz und Gefäßverkalkungen

ZusammenfassungIm Rahmen einer neuen Betrachtungsweise der renalen Osteopathie soll nun der Terminus der “Störungen des Mineral- und Knochenhaushalts bei Niereninsuffizienz” (engl. Akronym: CKD-MBD) die ehemals rein knochenzentrische Sicht zu diesem Krankheitsbild ablösen. CKD-MBD wird nun betrachtet als ein Syndrom, zu dessen Diagnose auch der Nachweis kardiovaskulärer Verkalkungen gehört. Es ist bereits gut untersucht, dass die Prävalenz von Gefäßverkalkungen mit fortschreitender Niereninsuffizienz zunimmt und diese bei Weitem schwerwiegender sind als in einer nierengesunden Normalbevölkerung. Es wurde außerdem erkannt, dass spezifische pathophysiologische Störungen den Verlauf von Weichteilverkalkungen determinieren, wie beispielsweise die Hyperphosphatämie, die osteogene Differenzierung von Gefäßwandzellen und Verkalkungsinhibitormangel. Der Schweregrad kardiovaskulärer Verkalkungen entspricht zudem einem erheblichen Risikofaktor für kardiovaskuläre Ereignisse. Es bestehen jedoch noch Unsicherheiten hinsichtlich der Sensitivitäten und Spezifitäten der verfügbaren bildgebenden und funktionellen Nachweisverfahren. Ebenfalls ist noch nicht bewiesen, dass eine Progressionshemmung von Gefäßverkalkungen in der Niereninsuffizienz unmittelbaren Einfluss auf patientenrelevante Endpunkte hat. Schließlich bedarf es noch der Definition von geradlinigen klinischen Algorithmen zur Diagnostik und Therapie, nachdem kardiovaskuläre Verkalkungen bei niereninsuffizienten Patienten detektiert wurden.