Untersuchungen auf mögliche heterotope Ossifikationen und Bindegewebsreaktionen im Muskelgewebe nach lokaler Applikation von Wachstumsfaktoren (IGF-I, TGF-ß1 und BMP-2) auf Poly (D,L-Laktid)-beschichteten Implantaten am Schafsmodell

Abstract

Ziel meiner Studie war es zu prüfen, ob gegebenenfalls heterotope Ossifikationen und Bindegewebsreaktionen im Muskelgewebe durch die lokale Applikation der WFs (IGF-I, TGF-ß1, BMP-2) von PDLLA-beschichteten Titanimplantaten am Schafsmodell induziert werden. Zum Nachweis wurden Röntgen, Fluorochrommarkierung und Histologie eingesetzt. Im besonderen Maße sollte dabei das Einwachsverhalten der verschiedenen Wachstumsfaktorenbeschichtungen nach 12 Wochen untersucht werden, die in Vorarbeiten unterschiedliche Eigenschaften gezeigt haben. Bei den Auswertungen haben sich im besonderen überschiessende Bindegewebsreaktionen gezeigt, sowohl bei der TGF-ß1 und IGF-I gekoppelten Gruppe, als auch bei den BMP-2 beschichteten Präparaten. Diese Ergebnisse lassen darauf schließen, dass die verwendeten Wachstumsfaktoren die Bindegewebsfaserbildung beeinflussen und anregen. BMP-2 nimmt bei gleicher Applikationsweise und anteilig gleicher Dosis jedoch einen größeren Einfluss auf die Regenerations- und Reparationskaskade des Organismus. Im Vergleich löst es eine erhöhte und intensivere Bindegewebskapselbildung aus. Diese Studie lässt den Schluss zu, dass die verwendete Dosis der eingesetzten Wachstumsfaktoren nicht ausreicht, eine Ossifikation im Weichteilgewebe auszulösen. Allerdings genügt die verabreichte Dosis dazu Bindegewebsreaktionen hervorzurufen. Ebenso hat sich gezeigt, dass heterotope Ossifikationen und Fremdkörperreaktionen in Form von Bindgewebskapselbildung carrierabhängig sind. Die Verwendung des Trägermaterials PDLLA führt in Kombination mit den WFs TGF-ß1, IGF-I oder BMP-2 nicht zu heterotopen Ossifikationen im Muskelgewebe, jedoch wird eine erhöhte Fremdkörperreaktion abhängig vom verwendeten WF forciert. Darüber hinaus wurde ebenfalls deutlich gemacht, dass die Wirkung der WFs vom Applikationsort abhängig ist. Die derartige lokale Applikation der WFs im Muskelgewebe lösst keine heterotope Ossifikation aus, so dass beim gezielten Einsatz dieser Applikationsform die WFs ihre positive Wirkung direkt am gewünschten Gewebe, dem frakturierten Knochen, entfalten können, ohne zusätzlich zu heterotope Ossifikationen im Weichteilgewebe zu führen. Allerdings verursacht diese Applikationsweise im Muskelgewebe eine erhöhte Bindegewebsbildung in Abhängigkeit vom verwendeten WF. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass in dieser Untersuchung dargestellt werden konnte, dass die lokale Applikation der WFs von PDLLA beschichteten Titanimplantaten im Muskelgewebe keine heterotopen Ossifikationen auslösen, jedoch je nach verwendeteten Wachstumsfaktorenbeschichtungen unterschiedlich starke Fremdkörperreaktionen in Form einer erhöhten Bindegewebskapselbildung ausgelöst werden. Die lokalen Nebeneffekte dieser Applikationsweise bleiben somit auf die erhöhte Fremdkörperreaktion in Form einer Bindgewebskapselbildung beschränkt. Weitere lokale Nebeneffekte wurden nicht festgestellt. Insgesamt lässt sich aus dieser Untersuchung schließen, dass die lokale Applikationsweise der Wachstumsfaktoren von PDLLA-beschichteten Implantaten die Anforderungen eines optimalen Wirkstoffträgers zu erfüllen scheinen und somit für den klinischen Einsatz eine vielversprechende Anwendungsmöglichkeit darstellt.

The growth factors IGF-I, TGF-ß1 and BMP-2 showed a stimulating effect on fracture healing and their cellregulation mechanism in several experimental studies before. The effects of the application of growth factors on soft tissue have not been completely discovered, yet. The aim of the present study was to investigate ectopic bone formation and connective tissue reaction after local application of growth factors (IGF-I, TGF-ß1 and BMP-2) from PDLLA coated titanium implants in sheep. Titanium discs were implanted in the Musculus sternomastoideus (part of M. sternocleidomastoideus) of 12 female Merinomixed sheep. Sheep were sacrificed for X-ray and histological examination after 12 weeks. For histomorphological evaluation 140 µm sections were obtained, stained according to Van Kossa/Safranin O´ and examined using fluorescence microscopy and light microscopy. Radiological results showed neither local mineralisation nor ectopic ossification or differentces in ingrowth behaviour of the implants in muscle tissue. Fluorescence microscopic evaluations didn't yield any local mineralisation in any of the four groups. Histomorphological results showed no bone or cartilage tissue mineralisation. No local mineralisation and also no local ossifications over the coated implants were seen. In all specimen connective tissue capsule formation around implants had been build up. Severity of capsule formation depended on the type of growth factor used. The results support the hypothesis that growth factors (IGF-I, TGF-ß and BMP-2) stimulated connective tissue formation. The applied amount did not stimulate heterotopic ossification in soft tissue. PDLLA coating of implants seems to meet the requirements of a local drug deliver system. Its use in a clinical setting as a drug carrier seems to be a promising treatment option.