Text

Zielsetzung und Fragestellung: Ein vermindertes Knochenvolumen (BV) und eine verringerte Knochenmineraldichte (BMD) können die Osteointegration orthopädischer Implantate beeinträchtigen und die langfrisitge Implantatstabilität verringern. Frühere Studien erwiesen den Prostaglandin-EP4 Rezeptor-Agonisten KMN-159 als vielversprechenden Wirkstoff, um lokal das BV zu erhöhen. Zusätzlich hemmen Bisphosphonate wie Zoledronsäure (ZA) effektiv die Knochenresorption, können bei systemischer Therapie jedoch zu Nebenwirkungen führen. Demnach ist vor allem die lokale biologische Augmentation von Implantaten erstrebenswert. Ziel dieser Studie war es, die osteointegrativen Effekte durch lokale Freisetzung von KMN-159 und ZA innerhalb eines mineralisierten Kollagenmatrix-(MCM-) Scaffolds, sowie Diffenzen lokaler und systemischer Appliktation von ZA im distalen Femur-Osteointegrationsmodell der Ratte zu untersuchen.

Material und Methoden: Insgesamt wurden 84 zwölf Wochen alte, männliche und weibliche, Wistar-Ratten in 7 Versuchsgruppen randomisiert. In der Operation wurde ein 1,8-mm-Bohrloch im distalen lateralen Femur kreiert. Es erfolgte die Implantation eines mit den Wirkstoffen beladenen MCM-Scaffolds sowie einer 2,3-mm-Titanschraube und je nach Versuchsgruppe die systemische ZA-Gabe. Nach einer Beobachtungszeit von 6 Wochen wurden die Tiere euthanasiert und die Femora explantiert. Das neugebildete BV, sowie die BMD im definierten Bereich wurde mittels µCT analysiert. Hochauflösende Synchrotron-Aufnahmen wurden zur Beurteilung der Knochen-Implantat-Interaktion erstellt.Im Anschluss sind histomorphometrische Analysen und Testungen zum Ausdrehmoment geplant.

Ergebnisse: Alle Tiere überlebten die Operation und den Beobachtungszeitraum. Alle Gruppen mit Wirkstoffapplikation zeigten in beiden Geschlechtern eine signifikante Zunahme des BV im Vergleich zur Kontrollgruppe (p < 0,05) und keine Nebenwirkungen der Therapie. Das höchste BV wurde in beiden Geschlechtern in Gruppen mit lokaler Applikation von ZA bzw. mit lokaler Freisetzung von ZA und KMN-159 gemessen. Weibliche Tiere zeigten sowohl bei systemischer oder lokaler ZA-Applikation, sowie mit lokaler Freisetzung von KMN-159 und ZA eine signifikant höhere BMD im Vergleich zur Kontrollgruppe. Bei männlichen Tieren wurde eine signifikante BMD-Zunahme in Gruppen mit ZA-Applikation gemessen, mit Ausnahme der Kombination aus KMN-159 und systemischer ZA-Applikation. Die Synchrotron-Aufnahmen bestätigten die Knochenneubildung und zeigen bei kombinierter Behandlung von KMN-159 und ZA eine vergrößerte Knochen-Implantat-Kontaktfläche.

Diskussion und Schlussfolgerung: Die kombinierte Behandlung durch KMN-159 mit ZA in einem MCM-Scaffold stellt eine vielversprechende Strategie zur Steigerung von BV und BMD im periimplantären Bereich dar. Dadurch könnten Nebenwirkungen einer systemischen Therapie reduziert werden. Die verbesserte Implantatosteointegration könnte Komplikationen verringern. Weitere Studien sind erforderlich, um die Effekte unter Bedingungen kompromittierten Knochenmetabolismus zu validieren.