Quantifizierung von Wachstumsfaktoren in Bohrmehl, Beckenkamm-Spongiosa, Platelet Poor und Platelet Rich Plasma

Abstract

Einleitung: Knochenersatzmaterialien werden zur Therapie von ossären Defektsituationen sowie zur Stimulation der Knochenheilung bei Pseudarthrosen eingesetzt. Der Beckenkammspan ist der Goldstandard des Knochenersatzes. Bei seiner Verwendung sind allerdings die hohe Entnahmemorbidität und die maximal mögliche Entnahmemenge zu berücksichtigen. Eine Alternative ist das beim intramedullären Bohren anfallende Bohrmehl, welches durch ein neuartiges Saug- Spül-Bohrsystem (Reaming-Irrigator-Aspirator(RIA)) gewonnen werden kann. Dieses System ermöglicht die Entnahme einer großen Materialmenge, bei im Vergleich zur Beckenkammspanentnahme geringerer Entnahmemorbidität. Es liegen bisher keine Studien vor, die den Gehalt der für die Knochenheilung relevanten Wachstumsfaktoren in diesen Materialien vergleichend analysieren. Gleiches gilt für die beim Bohrvorgang in großer Menge anfallende Spülflüssigkeit. Als Vergleichsmaterial für die Spülflüssigkeit wurde Platelet Rich- sowie Poor Plasma (PRP; PPP) analysiert. PRP wird im klinischen Alltag analog zu autologen Knochentransplantaten u.a. in der Behandlung von Knochenheilungsstörungen eingesetzt. Ziel der vorliegenden Arbeit war daher die quantitative Analyse von acht für die Knochenheilung relevanten Wachstumsfaktoren in Beckenkammspan, Bohrmehl, Spülflüssigkeit sowie PRP und PPP. Methodik: Beckenkammspan, Bohrmehl und Spülflüssigkeit von jeweils sieben Patienten wurden zunächst homogenisiert und entsprechend den in Vorversuchen zu erwartenden Proteinkonzentrationen diluiert. Für die Analyse der Plasmaproben wurden von neun Probanden Blutproben gewonnen und in standardisierter Technik zu PRP und PPP verarbeitet. Die Bestimmung der Wachstumsfaktoren erfolgte mittels eines enzymgekoppelten Immunadsorptionverfahrens (ELISA). Die Ergebnisse wurden mit der Gesamtproteinkonzentration sowie dem Probenvolumen bzw. -gewicht korreliert. Die statistische Auswertung erfolgte mittels T-Test nach Student oder dem ANOVA-Test mit Bonferroni Korrektur mit dem Signifikanzniveau p≤0,05. Ergebnisse: Fünf der acht Faktoren (FGFa, PDGF, IGF-I, BMP-2 und TGF- β1) lagen in dem Bohrmehl in einer im Vergleich zum Beckenkammspann erhöhten Konzentration vor. Zwei der Wachstumsfaktoren (FGFb, VVEGF) waren im Beckenkammspan signifikant höher konzentriert. In der Spülflüssigkeit konnten ebenso Wachstumsfaktoren nachgewiesen werden. Sowohl FGFa als auch FGFb waren in der Spülflüssigkeit im Vergleich zum PRP in signifikant höherer Konzentration nachweisbar, wobei FGFa in PRP überhaupt nicht nachweisbar war und FGFb nur in drei PPP-Proben. Die Konzentration der anderen Faktoren war im PRP höher, mit einem signifikanten Unterschied der Konzentration von PDGF und VEGF. Im PRP lagen des Weiteren VEGF, PDGF, TGF-ß1 und BMP-2 in einer im Vergleich zum PPP deutlich höheren Konzentration vor. Schlussfolgerung: Das durch das RIA-Verfahren gewonnene Bohrmehl enthält eine zum Beckenkammspan vergleichbare Menge an Wachstumsfaktoren. Auch in der Spülflüssigkeit lassen sich Wachstumsfaktoren nachweisen, die im Vergleich zum PRP z.T. in vergleichbarer Konzentration vorliegen. Insbesondere das Bohrmehl könnte daher eine valide Alternative zu den bestehenden Knochentransplantaten darstellen.

Introduction: Bone grafts are commonly used for treatment of large bony defects and to stimulate bone healing in non-unions. Iliac Crest is referred as Gold Standard, however donor site morbidity and limited graft volume must be considered. The cutting produced by intramedullary reaming via a new Reaming-Irrigation-Aspiration (RIA) device could be another potential source of autogenous graft material. The RIA-system allows harvesting of large graft volumes with low comorbidity compared to the iliac crest harvesting procedure. So far, there are no studies analyzing the content of relevant growth factors in these bony materials. This also applies for irrigation fluid, which accumulates in high volumes during the reaming process. Platelet Rich and Poor Plasma (PRP; PPP) serve as fluid reference samples, as PRP is widely used for the same possible indications. Aim of the current study was therefore to analyze iliac crest, reaming debris, reaming fluid and PRP and PPP for their content of eight growth factors related to bone healing. Methods: Iliac crest, reaming debris and irrigation fluid samples of each seven patients were homogenized and diluted according to expected overall protein concentration. For plasma probes blood samples of nine healthy subjects were obtained and processed to PRP and PPP in standardized manner. Determination of growth factor concentration was performed using an enzyme-linked immunosorbent assay (ELISA). These results were normalized to overall protein concentration and the sample weight or volume. Differences in growth factor concentration were determined using the Student’s t-test or ANOVA with Bonferroni correction for multiple comparisons respectively. Significance level was set at 0.05. Results: Five factors showed increased concentrations in the reaming debris compared to the iliac crest samples (FGFa, PDGF, IGF-I, BMP-2 and TGF- β1) whereas two factors presented significantly increased concentration in the iliac crest samples. In the reaming irrigation fluid FGFa and FGFb were higher, while VEGF, PDGF, IGF-I, TGF-β1 and BMP-2 had lower concentrations compared to PRP. FGFa could not be detected in any of the PRP probes and FGFb in only three PRP probes. Concentrations of VEGF, PDGF, TGF-ß1 and BMP-2 were increased in PRP as compared to PPP probes. Conclusion: Reaming debris harvested by a new Reamer-Irrigation-Aspiration (RIA) system contains comparable amounts of growth factors as compared with iliac crest. These factors can also be found in irrigation fluid, with concentrations comparable to PRP. Reaming debris therefore could be a potential alternative to established bone grafts.