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Zielsetzung und Fragestellung: Um eine erfolgreiche Knochenheilung zu gewährleisten, müssen Infekt-Pseudarthrosen (IPA) durch chirurgische und antibiotische Therapie mikrobiologisch vollständig saniert werden. Dennoch bleibt eine knöcherne Konsolidierung in einigen Fällen aus, was vermutlich auf eine postinfektbedingte Schädigung lokaler osteogener Zellen und ihrer osteogenen Aktivität zurückzuführen ist. Um das Ausmaß der postinfektiösen Schädigung lokaler mesenchymaler Stammzellen (MSC) in Relation zu MSC aus atrophen Pseudarthrosen (APA) zu setzen, vergleicht diese Studie die proliferative Aktivität, die osteogene Differenzierung (OD) und die Bildung mineralisierter Extrazellulärmatrix (mEZM) von primären humanen MSC von IPA mit APA in-vitro.

Material und Methoden: MSC aus sanierten IPA und APA-MSC von jeweils 5 Spendern wurden als 6 biologische Replikate pro Spender (n=30 pro Gruppe) über 21 Tage (d) in-vitro osteogen differenziert (Abbildung 1 [Abb. 1]). OD wurde durch Messerung der alkalischen Phosphatase-(ALP-) Aktivität im Überstand an Tag 14 und 21, sowie Osteocalcin an Tag 21 beurteilt. Die Bildung mEZM wurde mittels quantitativen Nachweis von extrazellulärem Hydroxylapatit (99mTechnetium-Hydroxydiphosphonat(99mTc-HDP) Labeling), sowie Calcium-(Ca-)Konzentration im Überstand an Tag 21 evaluiert. Die proliferative Aktivität wurde mittels WST-1 Assay an Tag 7, 14 und 21, sowie Zellzahlbestimmung mit DAPI-Immunfluoreszenz an Tag 21 ermittelt. Kontrollgruppe: nicht osteogen differenzierte MSC derselben Spender. Statistische Auswertung: gemischtes lineares Model mit Spender als zufälligem Intercept und Gruppe als festem Effekt. Signifikanzniveau p≤0,05.

Ergebnisse: IPA Proben wurden durchschnittlich 68,8 d (Interquartilabstand: 50–87 d) nach dem letzten Keimnachweis gewonnen. In der OD gemessen mittels ALP und Osteocalcin zeigte sich sowohl nach 14 d als auch 21 d kein signifikanter Unterschied zwischen IPA und APA (p=0,283-0,486, Tabelle 1 [Tab. 1]). Allerdings wurde nach 21 d eine signifikant niedrigere Bildung von Hydroxylapatit (99mTc-HDP-Labeling; p=0,002)) und geringere Einlagerung von Ca in die mEZM (höhere Ca-Konzentration im Überstand; p=0,036)) in IPA im Vergleich zu APA nachgewiesen. Abgesehen von einer höheren proliferativen Aktivität von IPA nach 21 d (WST-1: p<0.001) zeigte sich kein signifikanter Unterschied der Proliferation. Die absolute Zellzahl nach 21 d zeigte ebenfalls keinen signifikanten Unterschied (p=0.425).

Diskussion und Schlussfolgerung: IPA- und APA-MSC zeigten sowohl eine vergleichbare proliferative Aktivität als auch OD in-vitro. Im Vergleich zu APA-MSC bildeten IPA-MSC allerdings eine signifikant geringere Menge an mEZM nach 21 d in-vitro. Dies deutet darauf hin, dass trotz vergleichbarer OD und Proliferation die Bildung von mEZM und somit die terminale Osteogenese in IPA reduziert ist oder verzögert stattfindet. Diese Erkenntnisse können die in klinischen Studien beobachteten niedrigeren Konsolidierungsraten von IPA erklären und zeigen deutlich, dass eine Infektion nachhaltig die osteogene Aktivität von MSC schädigen kann.