Optimierung und Validierung eines ex-vivo Kultursystems für trabekulären Knochen

In dieser Arbeit wurde mit dem ZETOS System, einem neuen ex-vivo Kutursystem für trabekulären Knochen gearbeitet. Hauptziel der Arbeit war die Bestimmung der Flussrate in dem ZETOS System, bei der eine optimale physiologische Umgebung für das Wachstum explantierter Knochen gegeben ist. Bei den Untersuchungen stellte sich überraschenderweise heraus, dass die Knochen im experimentellen Ansatz nicht perfundiert werden, sondern der Stofftransport über Diffusion gesteuert wird. Dieser Befund wurde durch Einsatz eines axialen Flusssystems bei gleichem hydrostatischen Druck und durch Diffusionsversuche bestätigt. Das ZETOS System wirkt folglich eher als ein Zirkumfusionssystem als ein Perfusionssystem. Bei der Austestung der beiden Kulturmedien DMEM und BGJb zeigte sich über 26 Kulturtage hinweg, dass BGJb eine Aktivierung von Osteoblasten unabhängig von der angelegten mechanischen Belastung der Knochen induziert. Dies wird in einem Anstieg der relativen Osteoidfläche mit und ohne Belastung sichtbar. In DMEM tritt dagegen keine Veränderung in der relativen Osteoidfläche im Vergleich zum unkultivierten Knochen auf. Bei belasteten und unbelasteten Knochen sind in dem experimentellen Ansatz keine Steifigkeitsveränderungen messbar. Die Analyse der Schnittoberflächen legt den Verdacht nahe, dass eine optimale Kraftübertragung auf den Knochen zu dessen Stimulation nicht gewährleistet war und verbessert werden muss. An Hand der histologischen Beurteilung der Schnitte zeigten sich nach 26- tägiger Kulturdauer keine Anhaltspunkte für einen Vitalitätsverlust der Zellen in dem Kultursystem. Dennoch führten Doppelmarkierungen mit Fluorochromen nur in einer geringen Anzahl der Versuchsansätze zu einer erfolgreichen Messung derWachstumsgeschwindigkeit,die sich in diesen Fällen allerdings im Rahmen der physiologischen Grundwachstumsgeschwindigkeit bewegt. Um die Vitalität der Knochen eindeutig belegen zu können, wird der Einsatz von Verfahren zur Messung der Protein- und DNS-Synthese für zukünftige Optimierungsansätze empfohlen. Letztlich gelang es, zwei Makros zur pixelbasierten Bildanalyse zu erstellen, welche die histologische Auswertung der Schnitte zur Bestimmung der Mineral Aposition Rate (MAR) sowie der relativen Osteoidfläche (Os.Ar/B.Ar) automatisiert ermöglichen