Functionalisation of biomaterials with bone sialoprotein for joint and bone replacement
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Mangelnde Osseointegration von Implantaten und die Suche nach einem adäquaten Ersatz für die als Goldstandard geltende autologe Knochentransplantation sind zentrale Herausforderungen, denen sich die Biomaterialforschung stellen muss. Daher beschäftigt sich diese Arbeit mit der Möglichkeit der Biomaterialfunktionalisierung mit rekombinant hergestelltem Bone Sialoprotein (BSP) und anschließender Evaluierung dieser Materialien für den Knochen- beziehungsweise Gelenkersatz.
Zentrale Bestandteile der Arbeit waren die Etablierung und Überprüfung einer BSP Beschichtung von drei verschiedenen Trägermaterialien - Titan, Calciumphosphat-Zement sowie Kollagen. Die biologischen Auswirkungen wurden zunächst in vitro anhand von Viabilitäts-, Morphologie-, Genexpressions- und Angiogenese-Untersuchungen mit primären humanen Osteoblasten sowie humanen Endothelzellen charakterisiert. Abschließend erfolgte die Evaluierung in vivo mit BSP beschichteten Calciumphosphat-Zementen an einem etablierten Maus Kalotten-Bohrlochdefektmodell (desmale Ossifikation) und einem Ratten Femurkondylen-Bohrlochdefektmodell (endochondrale Ossifikation).
Die Ergebnisse zeigen, dass BSP erfolgreich an verschiedene Trägermaterialien gekoppelt werden kann. BSP-funktionalisierte Materialien fördern in vitro die Osteoblastendifferenzierung und weisen einen angiogenesefördernden Effekt auf. Diese Effekte führten jedoch in vivo nur zu tendenziell verbesserter Knochenbildung. Die unzureichende Signifikanz in vivo wirft weitere Fragen auf, da bereits unbeschichtete Calciumphosphat-Zemente die Knochenbildung unterstützen. Dessen ungeachtet stellt die BSP Funktionalisierung aufgrund der aussichtsreichen in vitro Ergebnisse und histologischen Befunde für andere, nicht-osteoinduktive Materialien weiterhin eine Option dar.