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Zielsetzung und Fragestellung: Kritische Knochendefekte sind eine große therapeutische Herausforderung. Die Entwicklung differenzierungsfördernder und immunmodulierender Materialien zur Scaffoldherstellung könnte ein neuer Ansatzpunkt sein. Dexamethason (DEX) fördert die Osteoblastendifferenzierung und moduliert Entzündungsprozesse. Ziel war die Entwicklung eines 3D-druckbaren DEX-haltigen PLA-Kompositfilaments zur lokal kontrollierten Wirkstofffreisetzung sowie die Untersuchung des osteogenen Differenzierungspotentials und des Einflusses auf die Makrophagenpolarisation in vitro.

Material und Methoden: DEX-PLA-Filamente (0,1% DEX-PLA; 1% DEX-PLA w/w) wurden mittels etablierten Extrusions-Toolkit hergestellt und zu sterilen Prüfkörpern prozessiert. Die DEX-Freisetzung über 28 Tage wurde mittels ELISA analysiert. Gepoolte humane MSC wurden kontaktfrei mit den Prüfkörpern inkubiert und die metabolische Aktivität (Resazurin-Assay) sowie osteogene Differenzierung (Alizarinrot-Quantifizierung) ermittelt. Die Immunmodulation wurde an THP-1-Makrophagen mittels qPCR und Cytometric Bead Array (IL-1β, IL-6, TNF- α, IL-10 und IL-12p70) analysiert. Statistik: Kruskal-Wallis/Dunn, repeated-measures two-way ANOVA; n=4; p<0,05 wurde als statistisch signifikant angenommen.

Ergebnisse: Beide Formulierungen weisen signifikant konzentrations- und zeitabhängige DEX-Freisetzungsprofile auf: 0,1% DEX-PLA zeigte einen transienten Anstieg bis 72 h mit anschließendem Abfall, 1% DEX-PLA etablierte ein stabiles Plateau von 80 nM DEX über 28 Tage. Im Vergleich zur PLA-Kontrolle führte die Inkubation über 14 Tage mit DEX-PLA beider Konzentrationsstufen zu keiner signifikanten Änderung der metabolischen Aktivität der MSC. 1% DEX-PLA führte nach 14 Tagen zu einer signifikant erhöhten ECM-Mineralisierung auf dem Niveau der Positivkontrolle (Osteogenes Differenzierungsmedium) im Vergleich zu 0,1% DEX-PLA und der PLA-Kontrolle. Nach Inkubation mit 1% DEX-PLA wurde in M1-Makrophagen die Genexpression von IL-1β signifikant erniedrigt und des für die M2-Differenzierung wichtigen Transkriptionsfaktors PPARG signifikant erhöht. In M1- und M2-Makrophagen wurde die Genexpression des M2-Markers CD163 signifikant erhöht, IL-10 exklusiv in M2-Makrophagen. Die Freisetzung der proinflammatorischen Mediatoren IL-1β, IL-6 und TNF-α durch M1-Makrophagen wurde signifikant reduziert.

Diskussion und Schlussfolgerung: DEX-PLA-Kompositfilamente ermöglichen die Fused-Filament-Fabrication-kompatible Herstellung von Scaffolds mit kontrollierter lokaler Wirkstofffreisetzung im osteoinduktiven und immunmodulatorischen Konzentrationsbereich. Die 1%-Formulierung fördert Mineralisation von MSC und induziert eine antiinflammatorische, potenziell proregenerativ wirkende Verschiebung der Makrophagenpolarisation zum M2-Subtypus. Der Ansatz zeigt translationales Potenzial für bioaktive, additiv gefertigte Knochenersatzimplantate.