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Zielsetzung und Fragestellung: Die autologe Spongiosaplastik ist der Goldstandard zur biologischen Defektüberbrückung kritischer Knochendefekte und Pseudarthrosen. Ziel dieser Studie war es, den Einfluss einer adjuvanten lokalen Applikation von rekombinant humanem Bone Morphogenetic Protein-2 (rhBMP-2; Dibotermin alfa) auf die biomechanische Stabilität und mikrostrukturelle Heilungsparameter im zweizeitig induzierten Pseudarthrosemodell am Rattenfemur zu evaluieren.

Material und Methoden: In einer prospektiven, randomisierten, kontrollierten experimentellen Tierstudie wurden weibliche Sprague-Dawley-Ratten untersucht. Einem etablierten Protokoll folgend wurde am linken Femur in einer ersten Operation durch Osteotomie und instabile Marknagelosteosynthese eine Pseudarthrose induziert. Nach fünf Wochen erfolgten Debridement und stabile Plattenosteosynthese mit Defektauffüllung mittels autologer Spongiosa (SP) ± rhBMP-2. Zwölf Wochen postoperativ wurden die Tiere euthanasiert, beide Femora entnommen und die Präparate je zur Hälfte biomechanisch beziehungsweise mittels Mikro-Computertomographie (µCT) untersucht. In der Torsionsprüfung (20°/min) mit dem Hochpräzisions-Drehmomentsensor 8661-5001 (Burster Präzisionsmesstechnik GmbH & Co KG, Gernsbach, Deutschland) erfolgte ein Vergleich des pseudarthrotischen Femurs mit dem kontralateralen Femur. Bestimmt wurden maximales Torsionsmoment (Nm) und Rotationssteifigkeit (Nm/°). Zur Beurteilung der mikrostrukturellen Knochenarchitektur erfolgte eine µCT-basierte Analyse entsprechend den Empfehlungen der „Guidelines for assessment of bone microstructure in rodents using micro-computed tomography“ [1] im SkyScan 1.076 µCT-System (Bruker, Kontich, Belgien). Zur Überprüfung der Hypothesen wurden statistisch relevante Unterschiede zwischen SP und SP + rhBMP-2 mittels GraphPad Prism (Version 9.0, GraphPad Software, San Diego, CA, USA) berechnet [1].

Ergebnisse: Die SP + rhBMP-2 Gruppe erreichte biomechanisch signifikant höhere Torsionsmomente und Steifigkeiten als die SP-Gruppe, wobei nur erstere das Niveau nativer Femora erreichte.Die µCT-Analyse der mikrostrukturellen Knochenarchitektur zeigte in beiden Gruppen eine knöcherne Durchbauung des Defektspaltes. Die densitometrischen Parameter wiesen in beiden Studienarmen auf eine fortschreitende knöcherne Defektheilung hin, ohne signifikante Unterschiede zwischen den Gruppen zu zeigen.

Diskussion und Schlussfolgerung: Die zusätzliche Applikation von rhBMP-2 zur autologen Spongiosaplastik führt zu einer signifikant gesteigerten biomechanischen Festigkeit. Während die radiologische Knochendichte vergleichbar bleibt, optimiert rhBMP-2 die funktionelle Belastbarkeit und hebt die mechanische Stabilität der Pseudarthrose auf das Niveau des gesunden Knochens. Diese funktionelle Überlegenheit der rhBMP-2 -Gruppe deutet auf eine beschleunigte Reifung und eine verbesserte strukturelle Integrität des neu gebildeten Kallusgewebes hin.

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