Please use this identifier to cite or link to this item: doi:10.22028/D291-32443
Title: Effekte lokal applizierter mikrovaskulärer Fragmente mittels thermoresponsivem Hydrogel auf die Frakturheilung
Author(s): Altmeyer, Maximilian Alexander Berthold
Language: German
Year of Publication: 2019
Place of publication: Homburg/Saar
SWD key words: Thermoresponsive Polymere
Frakturheilung
DDC notations: 610 Medicine and health
Publikation type: Doctoral Thesis
Abstract: Eine defizitäre Vaskularisation ist ein vorrangiger Grund für eine verzögerte Frakturheilung bzw. die Entwicklung von Pseudarthrosen. Um dieses Problem zu lösen, können mikrovaskuläre Gefäßfragmente (MVF) aus Fettgewebe als Vaskularisationseinheiten dienen. Jedoch benötigt es zur präzisen Applikation von MVF in einen Knochendefekt eine geeignete Trägersubstanz. In dieser Studie wurde untersucht, ob dies durch ein thermoresponsives Hydrogel (TRH) erreicht werden kann. MVF wurden aus CD-1 Mäusen isoliert und in TRH inkorporiert, während nicht inkorporierte MVF als Kontrolle dienten. Die Viabilität von MVF wurde immunhistochemisch über einen Zeitraum von bis zu 7 Tagen untersucht. Zusätzlich wurde in Femora von CD-1 Mäusen eine Osteotomie induziert. Der Osteotomiespalt wurde mit MVF-beladenem TRH (TRH+MVF), unbeladenem TRH (TRH) oder ohne Material (Kontrolle) aufgefüllt. Die Knochenheilung wurde 14 und 35 Tage postoperativ untersucht. In TRH eingebettete MVF zeigten weniger apoptotische Zellen und eine stabile Gefäßmorphologie im Vergleich zu Kontrollen. Im Tiermodell zeigte die Mikrocomputertomographie weniger Knochenvolumen in TRH+MVF Femora. Die Histomorphometrie ergab weniger Knochen- und mehr Bindegewebe 35 Tage postoperativ in TRH+MVF Femora verglichen mit Kontrollen. Dementsprechend war der ossäre Überbrückungsscore und die Biegesteifigkeit in Femora der Gruppe TRH+MVF reduziert. Die Histologie und der Western Blot zeigten eine verbesserte Vaskularisierung und erhöhte CD31 Expression, wohingegen die Expression von vascular endothelial growth factor (VEGF) in TRH+MVF Femora reduziert war. Zudem zeigte der Kallus von TRH+MVF Femora eine höhere Expression von Rezeptor-aktiviertem NF-κB Liganden (RANKL) und eine größere Anzahl an Osteoklasten. Diese Ergebnisse weisen darauf hin, dass TRH eine geeignete Trägersubstanz für MVF darstellt. Die Applikation von TRH+MVF verbessert die Vaskularisation in Knochendefekten. Jedoch stört dies die Knochenheilung, am ehesten durch eine geringere VEGF Expression in der frühen Phase der Knochenheilung.
Insufficient vascularization is a major cause for the development of non-unions. To overcome this problem, adipose tissue-derived microvascular fragments (MVF) may serve as 2 vascularization units. However, their application into bone defects needs a carrier system. Herein, we analyzed whether this is achieved by a thermoresponsive hydrogel (TRH). MVF were isolated from CD-1 mice and cultivated after incorporation into TRH, while non-incorporated MVF served as controls. Viability of MVF was assessed immunohistochemically over a 7-day period. Moreover, osteotomies were induced in femurs of CD-1 mice. The osteotomy gaps were filled with MVF-loaded TRH (TRH+MVF), unloaded TRH (TRH) or no material (control). Bone healing was evaluated 14 and 35 days postoperatively. MVF incorporated into TRH exhibited less apoptotic cells and showed a stable vessel morphology compared to controls. In the animal model, micro-computed tomography revealed a reduced bone volume in TRH+MVF femurs. Histomorphometry showed less bone and more fibrous tissue after 35 days in TRH+MVF femurs compared to controls. Accordingly, TRH+MVF femurs exhibited a lower osseous bridging score and a reduced bending stiffness. Histology and Western blot analysis revealed an increased vascularization and CD31 expression, whereas vascular endothelial growth factor (VEGF) expression was reduced in TRH+MVF femurs. Furthermore, the callus of TRH+MVF femurs showed increased receptor activator of NF-κB ligand expression and higher numbers of osteoclasts. These findings indicate that TRH is an appropriate carrier system for MVF. Application of TRH+MVF increases the vascularization of bone defects. However, this impairs bone healing, most likely due to lower VEGF expression during the early course of bone healing.
Link to this record: urn:nbn:de:bsz:291--ds-324438
hdl:20.500.11880/29809
http://dx.doi.org/10.22028/D291-32443
Advisor: Pohlemann, Tim
Date of oral examination: 4-Nov-2019
Date of registration: 5-Oct-2020
Faculty: M - Medizinische Fakultät
Department: M - Chirurgie
Professorship: M - Prof. Dr. Tim Pohlemann
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