Stiftung Tierärztliche Hochschule Hannover (TiHo)

Überprüfung der Wirkung von gefäßinduzierenden Wachstumsfaktoren (VEGF

Beverungen, Mirjam

The reconstruction of large bone defects after fracture or bone resection and so the hazard of the developments of nonunions are a current problem in orthopedic surgery of humans and animals. In the present study we analysed the influence of VEGF, an angiogenetic growth factor, on angiogenesis and osteogenesis in two different substitutes (β-TCP and CDHA). For this investigation we used an established radius-defect-model on “New Zealand White Rabbits”. At first we harvested the BMSC from the animals and expanded them in vitro. 36 animals were devided in six treatment groups (β-TCP or CDHA without BMSCs, with BMSC or with VEGF transfected BMSCs). At regular intervals we conducted X-Ray controlls. By using a score for the bone remodeling and resorption of the bone graft substitute the X-Rays were assessed. After 16 weeks the animals were euthanised and µ-CTs of the forearms were used to evaluate the amount of new bone within the defect area. Furthermore immunhistochemical staining of blood vessels with monoclonal mouse anti-human CD31 antibody and a histological staining with Toluidin/Giemsa were used to assess the amount of newly formed vessels and bone was performed. BMSC improved the vascularisation in both bone graft substitutes. By using VEGF transfected BMSC there was a further significant increase of the amout of blood vessels. Between the substitutes the increase was significantly higher in the β-TCP group. The osteogenesis, like vascularisation, could be improved by both bone graft substitutes by using BMSC. Animals which received β-TCP with VEGF transfected BMSC showed a further significant increase of newly formed bone, whereas CDHA with VEGF transfected BMSC showed a significant reduction of new bone formation. Concerning the kinetic of bone remodelling, a significant higher degradation was seen in the group with CDHA loaded with VEGF transfected BMSC compared to β-TCP with VEGF transfected cells. VEGF has a favourable effect on β-TCP. In this case we could show an increase of the vascularisation and the osteogenesis. Otherwise VEGF has a detrimental effect on CDHA. This leads to the conclusion that VEGF is able to increase the vascularisation and osteogenesis in bone defects. By choosing a bone graft substitute you have to consider the interaction with the growth factor.

Die Rekonstruktion größerer Knochendefekte nach Frakturen oder Knochenresektionen und die damit einhergehende Gefahr der Entstehung von Pseudarthrosen ist ein aktuelles Problem in der Orthopädie und Unfallchirurgie bei Mensch und Tier. In der vorliegenden Arbeit sollte deshalb der Einfluss von VEGF, einem gefäßinduzierenden Wachstumsfaktor, auf die Angiogenese und Osteogenese auf zwei verschiedenen Trägermaterialien (β-TCP und CDHA) untersucht werden. Dazu erfolgten Untersuchungen an 36 New Zealand White Kaninchen in einem etablierten Radius-Defekt-Model. BMSCs wurden den Tieren zuvor entnommen und in vitro expandiert. Die 36 Tiere wurden in sechs Gruppen eingeteilt (β-TCP/CDHA ohne Zellen, mit BMSC, mit VEGF transfizierten BMSC). In regelmäßigen Abständen erfolgte eine Röntgenkontrolle. Dabei wurde anhand eines Scores die knöcherne Durchbauung sowie die Resorption des Trägerstoffes beurteilt. Die Tiere wurden nach 16 Wochen euthanasiert. Post mortem wurden µ-CT-Auswertungen zur Bestimmung der Menge von neu gebildeten Knochen im Defektbereich durchgeführt. Des Weiteren wurden immunhistologische Untersuchungen mit CD31-Antikörpern zur Bestimmung der Angiogenese und histologische Färbungen mit Toluidin/ Giemsa zur Ermittlung des neu gebildeten Knochens angefertigt. Die Vaskularisation konnte bei beiden Trägern durch die Beschichtung mit BMSC gesteigert werden. Durch die Verwendung von VEGF transfizierten BMSC kam es zu einer weiteren signifikanten Zunahme der Gefäßanzahl. Beim Vergleich der beiden Keramiken zeigte sich, dass die Zunahme der Gefäßzahl bei β-TCP signifikant größer als bei CDHA ausfiel. Die Osteogenese konnte ebenso wie die Vaskularisation bei beiden Trägern durch die Beschichtung mit BMSC gesteigert werden. Durch die Verwendung von VEGF transfizierten BMSC kam es bei β-TCP zu einer weiteren signifikanten Zunahme der Knochenneubildung, dagegen trat bei CDHA eine signifikante Verringerung der Knochenneubildung auf. Im Hinblick auf die Umbaukinetik der Keramiken zeigte sich, dass das Ersatzmaterial CDHA mit VEGF transfizierten BMSC signifikant stärker abgebaut wird als das der Vergleichsgruppe mit β-TCP. VEGF wirkt sich vorteilhaft auf β-TCP aus. Es konnten Vaskularisation und Osteogenese gesteigert werden. Bei CDHA hat VEGF einen negativen Effekt auf die Osteogenese. Daraus lässt sich folgern, dass eine Steigerung der Vaskularisation und damit der Osteogenese im Defektbereich durch den Einsatz von VEGF möglich ist. Bei der Wahl des Knochenersatzstoffes muss jedoch auf Wechselwirkungen mit dem Wachstumsfaktor geachtet werden.

Quote

Citation style:

Beverungen, Mirjam: Überprüfung der Wirkung von gefäßinduzierenden Wachstumsfaktoren (VEGF. Hannover 2011. Tierärztliche Hochschule.

Rights

Use and reproduction:
All rights reserved

Export