Allogene und Xenogene Knochentransplantate - Induktion einer proinflammatorischen Reaktion in vitro?

In der Orthopädie, Mund-Kiefer-Gesichts, Trauma- und Tumorchirurgie werden seit vielen Jahren Knochentransplantationen vorgenommen. Dazu verwendet man autologe, allogene, und xenogene Transplantate sowie synthetisch hergestellte Knochenersatzmaterialien. In Knochenbanken werden allogene Transplantate aufbewahrt. Damit Übertragungen von Infektionen vermieden werden, gibt es zahlreiche Sterilisationsarten. Dazu zählen chemische, thermische und solche durch Gammastrahlung sowie Kombinationsverfahren. In der Vergangenheit beobachtete man, dass es nach Knochentransplantationen zu schlechter Osteointegration, Refraktur und Infektion gekommen war. Diese Studie vergleicht zwei Sterilisationsverfahren im Hinblick auf die proinflammatorische Reaktion mit der Frage, ob bovine Knochen eine Alternative zu allogenen Transplantaten darstellen. Humane Knochen wurden mit dem Peressigsäure-Ethanol-Verfahren und bovine Knochen mit dem Tutoplast® - Verfahren sterilisiert. Beide zeigten in vorangegangenen Studien, dass sie eine gute Osteointegration aufweisen. In einem Zellkulturversuch mit humanen Knochenmarkszellen wurden die sterilisierten Knochenplättchen über 12 Wochen beobachtet. Die Knochenmarksstammzellen sind im Rahmen einer Endoprothetik angefallen. Ein Mediumwechsel erfolgte alle 48 Stunden. Zytokine, die Osteoklastenaktivität begünstigen und proinflammatorische Reaktionen hervorrufen, wurden über den gesamten Versuchszeitraum bestimmt. Dazu zählten TNF-alpha, IFN-gamma IL-1beta und IL-6. Zum anderen erfolgte die Messung von pH-Wert, LDH-, Laktat- und APProduktion. Diese liefern Aussage über Umgebungsbedingung, Zytotoxizität und Osteoblastenaktivität in der Zellkultur. Anhand des Zytokinprofils zeigte sich, dass IL-6 vermehrt in der Kultur mit den PES-sterilisierten Knochen im Vergleich zu den bovinen synthetisiert wurde. Bei beiden Verfahren fand sich ein kontinuierlicher Anstieg der Konzentration über Wochen, welche dann auf einem Niveau bestehen blieb. 5 Zusammenfassung 100 TNF-alpha als Marker für inflammatorischen Knochenabbau konnte lediglich nach 48 Stunden nachgewiesen werden. Dabei unterschieden sich die beiden Verfahren nicht signifikant voneinander. Die IFN-gamma-Produktion war ebenfalls im gesamten Versuchszeitraum nur gering nachweisbar. Hierbei gab es ebenfalls keine signifikanten Unterschiede. Zu Beginn des Versuchs wurde als weiterer Marker für Osteoklastenaktivität IL- 1beta synthetisiert. Im Verlauf sistierte jedoch die Produktion dieses Zytokins. Dabei fand sich vor allem bei PES-sterilisiertem Knochen diese Reaktion. Im Vergleich zur physiologischen Frakturheilung decken sich die Ergebnisse im Zytokinprofil nur zu Beginn des Versuches. Die Umgebungsbedingungen für die Knochenmarkszellen wurden im Verlauf schlechter. Es kam zur zunehmender Laktatproduktion, pH-Wert-Abfall und vermehrter LDH-Konzentration. Anzunehmen ist, dass dies durch die in vitro Bedingungen mit einem verminderten Nährstoffangebot entstanden ist. Eine Zytotoxizität der Transplantate ist nicht wahrscheinlich, da es erst im Verlauf zu einer erhöhten Produktion gekommen war. Osteoblastenaktivität und die damit verbundenen AP-Produktion fanden sich nicht. Es zeigten sich lichtmikroskopisch kollagene Strukturen und ECM, die jedoch auf Osteoblastenaktivität schließen lassen. In der licht- und rasterelektronenmikroskopischen Betrachtung der Knochen fanden sich kollagene Strukturen, ECM sowie unterschiedliche Zellen bei beiden Sterilisationsverfahren. Diese Studie zeigt, dass beide Sterilisationsverfahren – PES und Tutobone® - eine proinflammatorische Reaktion hervorrufen, die jedoch als kontrolliert und nicht überschießend bezeichnet werden kann. Zusätzlich kommt es zur Zellproliferation und -differenzierung. Welches Verfahren nun die bessere Alternative darstellt, lässt sich mit diesen Ergebnissen jedoch nicht beantworten. Beide weisen ähnliche Ergebnisse auf. In zukünftigen Studien könnten durch Tierversuche oder retrospektive Studien an Patienten eventuell genauere Aussagen getroffen werden. Zusammenfassend stellen xenogene Transplantate eine Alternative zu humanen dar