¹Universitätsklinikum Regensburg, Regensburg, Deutschland
²AO Research Institute, Davos, Schweiz

Text

Zielsetzung und Fragestellung: Die intraoperative Unterscheidung zwischen vitalem und nekrotischem Knochengewebe ist eine zentrale Herausforderung in der Unfallchirurgie, insbesondere bei der Behandlung Fraktur-assoziierter Infektionen und aseptischer Pseudarthrosen. Die Autofluoreszenz-basierte Untersuchung (mittels VELscope^® Technologie) stellt eine vielversprechende Methode zur intraoperativen Echtzeit-Identifikation devitalisierter Knochenareale dar. Eigene experimentelle Voruntersuchungen hatten bereits impliziert, dass die Intensität des Autofluoreszenzsignals eher mit dem Zustand der Extrazellularmatrix (EZM) in Zusammenhang steht als mit der zellulären Vitalität. Ziel dieser Studie war daher die Analyse der Autofluoreszenz-Eigenschaften von Knochen unter verschiedenen experimentellen Bedingungen zur Klärung der Ursache des Fluoreszenzverlusts nekrotischen Knochens.

Material und Methoden: Im Rahmen einer experimentellen Arbeit wurden standardisierte ca. 5x5x1 mm messende Knochenscheiben aus einer frisch entnommenen Schafstibia präpariert. Die Knochenproben wurden in verschiedenen Gruppen mit Collagenase (1 mg/ml), EDTA, Ameisensäure (Formic Acid 5%) oder Methicillin-resistentem Staphylokokkus aureus (MRSA) für 14 Tage inkubiert. Eine Gruppe von Knochenproben in PBS diente als Kontrollgruppe. Die Autofluoreszenz aller Proben wurde in 3 bis 5-tägigem Abstand mittels VELscope^® untersucht und unter standardisierten Bedingungen fotografisch (Fujifilm XPro2 + Fujinon 23 mm) dokumentiert. Die Pixelintensität der Aufnahmen wurde digital semi-automatisiert mit ImageJ (Version 1.54f, LOCI, University of Wisconsin) quantifiziert. Nach dem Ende der Inkubation wurde eine Kontaktradiographie (Modell 43855A, Faxitron X-Ray Corp mit D4Structurix DW ETE, Agfa) der Knochenproben angefertigt und die Intensität der Autofluoreszenz mit der Knochenmineralisation korreliert. Die statistische Auswertung erfolgte mit SPSS und einem Signifikanzniveau von 0,05.

Ergebnisse: Im Infektionsmodell wurde nach 10 Tagen eine Infektion des Knochens mit einer bakteriellen Belastung von 2,09 x 10⁹ CFU/g nachgewiesen. Die Autofluoreszenz nahm in den mit Ameisensäure und EDTA entkalkten Knochenproben mit zunehmender Inkubationsdauer signifikant (p<0,01) ab. Dagegen zeigte sich in den Collagenase-behandelten Proben, in der Infektionsgruppe sowie den Kontrollproben in PBS kein signifikanter Abfall der Autofluoreszenz-Intensität. Die Untersuchung der Proben mittels Kontaktradiographie ergab eine signifikante Korrelation der Autofluoreszenz mit der Demineralisation der EZM (Pearson r = 0,932; p<0,001; s. Abbildung 1 [Fig. 1]).

Schlussfolgerung: Die Ergebnisse zeigen, dass der Verlust der knöchernen Autofluoreszenz bei der Untersuchung mit der VELscope^® Technologie primär mit dem Mineralisationszustand der extrazellulären Matrix korreliert. Inwiefern dieser Rückschlüsse auf die Vitalität des Knochens zulässt, müssen weitere Arbeiten zeigen.