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Zielsetzung und Fragestellung: Die Regeneration großflächiger osteochondraler Defekte stellt aufgrund der unterschiedlichen biomechanischen Anforderungen von Knorpel- und Knochengewebe auch heutzutage noch eine große Herausforderung dar. Ziel dieser Untersuchung war es daher, den Einfluss unterschiedlicher Belastungsprofile auf die Angiogenese, die molekulare Matrixreifung und die ultrastrukturelle Integration biphasischer Implantate systematisch zu evaluieren. Im Fokus stand dabei die Frage, wie die lokale Lastverteilung die zelluläre Differenzierung und die Gewebereifung beeinflusst.

Material und Methoden: Bei 14 Schafen wurden osteochondrale Defekte (5,5 mm x 8,5 mm) im belasteten medialen Femurkondylus und im weniger belasteten Patellagleitlager gesetzt. Es wurden biphasische Implantate verwendet. Dabei bestand die poröse Osteophase aus einem Hydroxylapatit-Kollagen-Scaffold und die nanostrukturierte Chondrophase aus einem Polyethylenglykol-modifizierten Urethanmethacrylat (AB8), welche mittels 2-Photonen-Polymerisation hergestellt wurde. Die beiden Phasen wurden durch Photopolymerisation von AB8 als Adhäsiv fest miteinander verklebt. Die Osteophase wurde mit siRNA gegen Dickkopf-1 auf Calciumphosphat-Nanopartikeln beladen und die Chondrophase mit autogenen Chondrosphären. Die Evaluation nach 6 und 12 Wochen umfasste real-time RT-PCR (eNOS, SOX-9, Kollagen-1/-2), Histologie und Transmissionselektronenmikroskopie.

Ergebnisse: Die molekularbiologische Analyse belegte eine signifikante Stimulation der Regeneration: In der Chondrophase führte die Zellaugmentation zu einer signifikant erhöhten Expression des SOX-9 (p = 0,018). Gleichzeitig induzierte die mechanische Belastung in der Osteophase eine signifikante Expression der Angiogenese- und Osteogenesemarker (eNOS; p = 0,011; Kollagen-I; p = 0,008). Histologisch zeigte sich in den weniger belasteten Arealen bereits nach 6 Wochen eine fortgeschrittene knöcherne Integration. Diese erfolgte in den belasteten Zonen erst nach 12 Wochen. In der ultrastrukturellen Analyse am Interface konnten mehrkernige Makrophagen mit zahlreichen Pseudopodien ohne resorptive Strukturen wie einem Faltensaum nachgewiesen werden.

Diskussion und Schlussfolgerung: Die mechanische Belastung scheint die angiogene Signalgebung in der Osteophase zu stimulieren, während die histologische Gewebereifung in weniger belasteten Zonen begünstigt wird. Die ultrastrukturellen Befunde belegen dabei eine gute Biokompatibilität durch aktive zelluläre Integration. Der signifikante SOX-9-Anstieg unterstreicht zudem die Effektivität der zellulären Augmentation für die Chondrogenese. Ein kritischer Aspekt für die Gewebeintegration bleibt jedoch die Tidemark: Die Verklebung der Phasen führte zu einer nicht-permeablen Grenzschicht. Diese fehlende Permeabilität verminderte vermutlich einen physiologischen Stoffaustausch zwischen Knochen- und Knorpelkompartiment. Zukünftige Ansätze sollten sich daher auf semipermeable oder offenporige Interface-Strukturen fokussieren, um die vaskuläre und zelluläre Interaktion zwischen den Phasen zu optimieren.