Kurzfassung

Behandlungen von großen Knochendefekten, wie sie nach schweren Unfällen, Infektionen, Tumorerkrankungen etc. auftreten können, stellen eine große Herausforderung im Bereich der Chirurgie des Bewegungsapparates dar. Solche Defekte gehen stets mit mehrfachen Operationen, hohen Belastungen für den Patienten und hohen Kosten einher. Die bisherigen Therapieformen sind aus heutiger Sicht noch unbefriedigend. Ein vielversprechendes Konzept zur Therapie stellt der Einsatz von neuartigen...Behandlungen von großen Knochendefekten, wie sie nach schweren Unfällen, Infektionen, Tumorerkrankungen etc. auftreten können, stellen eine große Herausforderung im Bereich der Chirurgie des Bewegungsapparates dar. Solche Defekte gehen stets mit mehrfachen Operationen, hohen Belastungen für den Patienten und hohen Kosten einher. Die bisherigen Therapieformen sind aus heutiger Sicht noch unbefriedigend. Ein vielversprechendes Konzept zur Therapie stellt der Einsatz von neuartigen Biomaterialien als Knochenersatzstoff dar.
Unser Ansatz beruht auf dem Einsatz von Biomaterialien mit rekombinantem Silicatein, einem Enzym, das in Kieselschwämmen vorkommt. Es ist für die Synthese von Silikat aus Tetraethoxysilan (TEOS, tetraethyorthosilicat) verantwortlich. Silikat bildet in Schwämmen die Grundlage für das Endo-Skelett, um das sich die Schwammzellen ansiedeln und den charakteristischen Schwammbauplan bilden. Silikat ist außerdem in der Lage, die Mineralisierung von Osteoblasten zu induzieren. Im humanen System konnte gezeigt werden, dass Silizium für die Knochenformation essentiell ist; und eine wichtige Rolle bei der strukturellen Funktionen und der Knochenmineralisierung spielt.
Diese Tatsache eröffnet neue Möglichkeiten für den Einsatz von bioaktiven silikathaltigen Biomaterialien, die kontrolliert hergestellt werden und die Aktivität von knochenbildenden Zellen steuern können.
Silikat ist zudem ungiftig für Säugetierzellen und daher biokompatibel. Bei dem beschriebenen Biosilikat handelt es sich um ein amorphes Gel, dessen mechanische Eigenschaften durch hohe Belastbarkeit, Härte, Stärke und Festigkeit gekennzeichnet ist und somit optimal für den Einsatz als Knochenersatzmaterial ist.
Um die Eigenschaften dieser neuartigen Silicatein-Biomaterialien in vivo zu untersuchen, wird ein Mausmodell mit Knochendefekten kritischer Größe eingesetzt, da in-vitro Versuche niemals die Abläufe eines gesamten Organismus nachahmen können. Dazu wird ein Trägermaterial (PCL-CHS Propfkopolymer) mit Silicatein / TEOS modifiziert und in knöcherne Defekte bei der Maus implantiert, um den Effekt dieses Biomaterials auf die Knochenheilung zu untersuchen. Der Versuchsaufbau wurde bereits erfolgreich in unserer Arbeitgruppe BiomaTICS etabliert.
Dieser Ansatz eröffnet neue Perspektiven zur erfolgreichen Behandlung kritischer Knochendefekte.
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