Behandlung von degenerativen Knorpelläsionen durch Einbringen osteoproliferativer Mg-Beads in die subchondrale Knochenplatte Akronym: OAMag-Therapie

• Antragstellerinnen: Dr. Nina Angrisani; Professorin Dr. Regine Willumeit-Römer
• Fachliche Zuordnung: Orthopädie, Unfallchirurgie, rekonstruktive Chirurgie
• Förderung: Förderung von 2018 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 404534760

Osteoarthritiden stellen eine große Herausforderung im orthopädischen Bereich dar. Es gibt derzeit keine optimale Therapieform, Knorpeldegenerationen zu stoppen oder sogar zu heilen. Bei Unklarheit der exakten Pathogenese besteht aber Einigkeit über eine ursächliche Beteiligung von Gelenkknorpel und subchondralem Knochen, wobei der sich umbauende subchondrale Knochen einen wesentlichen Aspekt der fortschreitenden degenerativen Veränderungen darstellt. Dieser sklerotische Knochen ist im Vergleich zur Ursprungsknochensubstanz weniger mechanisch stabil. Die Knorpelqualität in Osteoarthritismodellen korreliert mit der Stabilität des subchondralen Knochens. Ein therapeutischer Ansatz zielt auf die Erhöhung der Stabilität und Knorpelersatzausbildung mittels Anbohren oder Mikrofrakturierung. Diese Therapiemöglichkeit zeigt sich aber bisher nur bei relativ kleinen Knorpelläsionen erfolgsversprechend. Hier soll im Rahmen der vorliegenden Studie durch den Einsatz von zusätzlich subchondral eingebrachten Magnesium-Beads angesetzt werden. Eine osteoproliferative Wirkung von Magnesium wurde während der Entwicklung von magnesiumbasierten Osteosyntheseimplantaten wiederholt gezeigt. Die Mg-Beads sollen den Knochen sowohl strukturell als auch dessen Reaktionszeit positiv beeinflussen.Im geplanten Vorhaben kommen in vitro und in vivo Methoden zur Anwendung. Um den hohen Ansprüchen bzgl. Mikrostruktur und Homogenität des Abbaus zu genügen, werden zunächst werkstoffspezifische Parameter zur Herstellung der Beads erarbeitet. Diese sollen sowohl auf Reinmagnesium als auch auf mögliche Mg-Legierungen anwendbar sein. Da der Einsatz in Umgebung des Knochenmarks potentiell unterschiedliche Zellentwicklungsstadien beeinflussen kann, werden verschiedene Zelllinien genutzt, um molekularbiologische Untersuchungen zur Bestimmung von u.a. Kollagen Typ 2, Aggrecan und SOX9 und funktionelle Untersuchungen zur Bestimmung der Glycosaminoglykane durchzuführen. Während der sich anschließenden in vivo Versuche werden die Mg-Beads im Kaninchenarthritismodell in die subchondrale Knochenplatte von Femur und Tibia eingebracht. Die Wirkung der Beads wird auf allen relevanten Ebenen untersucht. Hierfür kommen µ-Computertomographie, Blutuntersuchungen, Proteinanalysen und histologische Techniken zum Einsatz.Quantität und Qualität der Knochenveränderung sollen mittels µ-CT über z.B. Knochendichte, -volumen und Trabekeldicke differenziert ausgewertet werden. Die Blutproben sowie Gewebeproben von Knochen/Knorpel dienen zur Bestimmung der Marker PIPC und TRAcP (Knochenauf- bzw. abbau), CTX-II und COMP (Knorpelbildung bzw. –degeneration) sowie NGF (nerve growth factor) und lassen eine Beurteilung lokaler und systemischer Vorgänge zu. Die Evaluation der Knochen- und insbesondere der Knorpelqualität auf zellulärer Ebene durch die Histologie schließt die Untersuchungen ab.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen