Wirksamkeit von Silizium-plättchenreichem Fibrin und autologem Knochen bei der Knochenregeneration in Kaninchenkalvariendefekten: eine radiologische und histologische Studie.

Zusammenfassung: Die Reparatur von Knochendefekten in der Oralchirurgie erfordert oft den Einsatz von Knochenregenerationstechniken. Silizium ist ein Element, das in mehreren Studien als Regenerationsmaterial verwendet wurde. In unserer Studie wurde Silizium mit autologem Knochen und plättchenreichem Fibrin (PRF) kombiniert, um das Verhalten dieses Elements bei der Knochenregeneration zu analysieren. Es wurden vier zirkumferentielle Defekte im Schädeldach von 5 Neuseelandkaninchen erzeugt. Die folgenden Elemente wurden zur Regeneration der Defekte angewendet: (P): PRF; (S): Silizium und (B): autologer Knochen, mit folgender Verteilung der Studiengruppen: Gruppe 1 (PSB); Gruppe 2 (PS); Gruppe 3 (SB) und Gruppe 4 (KONTROLLE): unregenerierte Gruppe. Die Tiere wurden nach 3 Wochen getötet. Computertomographische Studien (μ-CT) sowie histomorphometrische Untersuchungen wurden durchgeführt. Der ANOVA-Statistiktest wurde mit einem Bonferroni-Nachtest verwendet, um die Ergebnisse zu vergleichen (p≤ 0,05). Radiologisch waren die Gruppen PSB und SB hinsichtlich der Menge und des Prozentsatzes des beobachteten gesunden Knochens besser, jedoch nicht signifikant im Vergleich zur Kontrollgruppe. Die PS-Gruppe war signifikant schlechter. Der histologische Test ergab, dass die PSB-Gruppe die größte Fläche, den höchsten Prozentsatz und den Umfang des mineralisierten Knochens aufwies. Bei der Bewertung des sich bildenden Knochens (Osteoid) wurden keine Unterschiede zwischen den Gruppen festgestellt, mit Ausnahme des Knochenumfangs, wo die SB-Gruppe signifikant besser war. Die Variable der Knochenhöhe zeigte keine signifikanten Unterschiede. Zusammenfassend können wir feststellen, dass die Kombination von PRF, autologem Knochen und Silizium gute Ergebnisse nach 3 Wochen liefert, während die PS-Gruppe die schlechtesten Ergebnisse zeigt. Dies unterstreicht die Bedeutung des autologen Knochens als Teil des Transplantatmaterials, damit der Knochen mineralisieren kann.

Einführung

Knochenfehler in der Oralchirurgie sind häufig und manchmal schwer zu reparieren, was Techniken zur Knochenregeneration erfordert, um den Erfolg der restaurativen Behandlung sicherzustellen. Wissenschaftliche Forschungen machen weiterhin Fortschritte im Verständnis der biologischen und physiologischen Prozesse, die an der Knochenheilung, Regeneration und Umgestaltung beteiligt sind. In vivo Gewebeengineering umfasst die Regeneration und Rekonstruktion von Geweben und Organen im Körper selbst. Die grundlegende Prämisse ist, dass die kontrollierte Manipulation des extrazellulären Mikroumfelds dazu führen kann, die Fähigkeit der Zellen zu steuern, sich zu organisieren, zu wachsen, sich zu differenzieren und eine funktionierende extrazelluläre Matrix und schließlich neues funktionelles Gewebe zu bilden.

Regenerative Techniken sind zu Routineverfahren geworden und haben sich mit nachgewiesenen klinischen Ergebnissen etabliert, aber ihre Vorhersagbarkeit und Wartezeit sind weiterhin einige der Faktoren, die die Untersuchung der Entwicklung neuer und verbesserter Materialien zur Knochenregeneration vorantreiben. Autologes Knochenmaterial und plättchenreiches Plasma sind zwei weit verbreitete Materialien im Bereich der Implantologie zur Regeneration von Weich- und Hartgewebe. Ein Material, das alle Vorteile jedes einzelnen von ihnen kombiniert, wurde jedoch bisher noch nicht entwickelt.

Die Verwendung von autologem Knochen wird in der Literatur weitgehend beschrieben, da er als der Goldstandard für die Knochenregeneration gilt. Dennoch, trotz der Tatsache, dass er ausgezeichnete biologische Eigenschaften der Osteoinduktion, Osteokonduktion und Osteogenese aufweist, weist das Autograft eine erhebliche Morbidität und eine erhöhte sowie unvorhersehbare Resorptionsrate auf, hat jedoch gezeigt, dass sich sein Verhalten in Kombination mit anderen Knochenersatzmaterialien verbessert, wodurch über die Zeit ein reichhaltigeres und konsistenteres Volumen sowie eine schnellere Knochenheilung erzielt werden.

Zusammen mit autologem Knochen werden auch plättchenreiche Blutderivate häufig in der Geweberegeneration verwendet. Zu diesen Derivaten gehört plättchenreiches Fibrin [PRF]. Es ist ein regeneratives Biomaterial, das in verschiedenen medizinischen Anwendungen weit verbreitet ist. Darüber hinaus hat es im Vergleich zu plättchenreichem Plasma [PRP] an Popularität gewonnen, da es eine Ein-Schritt-Technik ist, bei der keine chemischen Substanzen hinzugefügt werden müssen. Ein weiterer Vorteil ist die größere allmähliche Freisetzung von Wachstumsfaktoren über die Zeit. Eine einzelne Fibrinmembran enthält eine große Menge an Wachstumsfaktoren und Zytokinen, die an der Knochenregeneration und der Reifung von Weichgewebe beteiligt sind. Es ist ein leicht zu manipulierendes Biomaterial, das in der Oralchirurgie in der Parodontaltherapie, der Erhaltung des Alveolarknochens, chirurgischen Knochenaugmentationen und in Kombination mit Knochenimplantaten bei der Kieferhöhlenhebung angewendet wird. Seine neueste Anwendung, die noch nicht klinisch getestet wurde, ist als Dekontaminationsmittel für raue Titanoberflächen aufgrund seiner antimikrobiellen Eigenschaften.

Schließlich gibt es mehrere Publikationen, die besagen, dass bioanorganische Ionen wie Zink, Mangan, Magnesium oder Silizium für den Knochenstoffwechsel unerlässlich sind. Silizium ist das zweithäufigste Element in der Erdkruste und im menschlichen Körper findet man es hauptsächlich in Bereichen der Knochenmineralisation und des Wachstums. Es spielt eine entscheidende Rolle in der Biologie von Knochen und Bindegewebe, und obwohl sein Wirkmechanismus nicht genau verstanden ist, ist dank der Forschung von Carlisle und Schwarz bekannt, dass es wirkt, indem es eine größere Mineralisation der Knochenmatrix durch die Synthese und Stabilisierung der Vernetzung von Kollagenfasern erzeugt. Silizium ist ein initiierender Faktor in der Knochenmineralisation, da es in erhöhten Konzentrationen in der Osteoidmatrix von unreifem Knochen vorhanden ist und, während der Knochen reift, die Siliziumkonzentration durch die Konzentration von Kalzium verringert wird. Es wurde im Laufe der Jahre als knochenregeneratives Material in Form von Beschichtungen für Zahnimplantate verwendet und auch in keramische Biomaterialien [Hydroxylapatit, Trikalziumphosphat oder Glaskeramiken] integriert, was gute Ergebnisse hinsichtlich der Knochenregeneration in in vitro und in vivo Studien liefert. Dieses gute Verhalten ist auf die starke Bindung zurückzuführen. Silizium wurde zusammen mit anderen Biomaterialien wie Glaskeramiken oder Apatit oder mit Trikalziumphosphat [TCP] eingesetzt, um die biologischen Eigenschaften der Materialien, mit denen es sich verbindet, zu verbessern. Soweit wir wissen, gibt es jedoch keine Studien mit Knochen aufgrund der Bildung einer biologisch aktiven Schicht, die der von Apatit ähnelt, auf seiner Oberfläche.

Silizium wurde zusammen mit anderen Biomaterialien wie Glaskeramiken oder Apatit oder mit Trikalziumphosphat [TCP] eingesetzt, um die biologischen Eigenschaften der Materialien, mit denen es sich verbindet, zu verbessern. Soweit wir wissen, wurden jedoch keine Studien zur Verwendung von Silizium in Kombination mit autologem Knochen oder mit plättchenreichem Fibrinmembranen zur Verwendung in der Knochenregeneration gefunden.

In unserer Studie wurde Silizium mit autologem Knochen und PRF-Membranen kombiniert, um die Rolle dieses Elements in der Knochenregeneration in Kombination mit anderen weit verbreiteten Biomaterialien zu analysieren. Das Hauptziel war die Bewertung der Knochenregeneration, die in den verschiedenen analysierten Gruppen erzielt wurde (diese sind (P): PRF; (S): Silizium und (B): autologer Knochen, mit einer Verteilung der Studiengruppen wie folgt: Gruppe 1 (PSB); Gruppe 2 (PS); Gruppe 3 (SB) und Gruppe 4 (KONTROLLE): unregenerierte Gruppe) über einen Zeitraum von 3 Wochen in einem Tiermodell.

Materialien und Methoden

Testtierproben

Die experimentelle Studie wurde am Scheitelbein von 5 Labor-Neuseelandkaninchen im Alter von 6 Monaten und mit einem Gewicht von 3,5-4 kg durchgeführt. Die Tiere wurden täglich (ad libitum) mit einer Labor-Tierdiät von Harlan-Teklad (2030) gefüttert. Die Tiere wurden unter Allgemeinanästhesie im Jesús Usón Minimally Invasive Surgical Centre, [Cáceres, Extremadura, Spanien] operiert. Das Experiment wurde gemäß den Richtlinien des spanischen Nationalen Gesundheitsinstituts (NIH) und der europäischen Richtlinie 86/609/EEC über die Pflege und den Gebrauch von Versuchstieren durchgeführt. Die Studie entsprach auch der europäischen Richtlinie 2010/63/EU zum Schutz von Tieren, die für experimentelle Zwecke verwendet werden, sowie allen lokalen Gesetzen und Vorschriften. Die Forscher erhielten die Genehmigung des Ethikkomitees der Institution (CCMI-Ref 028/16). Die Identifizierung der Tiere, die die zu bewertenden Gruppen bildeten, erfolgte mittels eines Chips. Während des experimentellen Zeitraums wurden die Proben in einzelnen Käfigen gehalten.

Chirurgischer Eingriff

Vor Beginn des chirurgischen Eingriffs wurde die Immobilisation der Kaninchen durchgeführt und ihre Vitalzeichen wurden aufgezeichnet. Die verwendeten Anästhetika waren intravenöses Midazolam (0,25 mg / kg) und Propofol (5 mg / kg) sowie inhalatives 2,8% Sevofluran-Gas. Zwei Analgetika wurden eingesetzt: Tramadol (3 mg / kg) und Ketorolac (1,5 mg / kg). Nach der Sedierung wurde aus jedem Kaninchen eine retro-orbitale Blutprobe mit einer Butterfly-Nadel entnommen. Die Proben wurden in Testtuben ohne Antikoagulans gegeben und 12 Minuten lang bei einer Geschwindigkeit von 2700 U/min bei Raumtemperatur zentrifugiert, um PRF-Membranen zu erhalten. Sobald die Membranen erhalten waren, wurden sie in kleine Stücke von etwa 2 mm Durchmesser geschnitten, die in drei Teile geteilt wurden, die anschließend für die drei Versuchsgruppen verwendet wurden. Es wurde 0,01 mg pro cc Silikonversenat verwendet. (Natural Energy Laboratory of Venezuela, Caracas, Venezuela).

Vier nicht selbstheilende Knochendefekte wurden erzielt (Durchmesser: 9 mm; Tiefe: ca. 3 mm, bis zur Dura mater) am Scheitelbein, auf jeder Seite der Mittellinie des Schädels, unter Verwendung einer Trepanation (Helmut-Zepf Medical GmbH, Seitingen, Deutschland), die auf einem chirurgischen Mikromotor bei 2000 U/min unter Spülung mit Kochsalzlösung montiert war. Piezoelektrische Instrumente wurden verwendet, um die innere Tafel und das Markknochen jedes Defekts zu entfernen. Die Tiefe wurde mit einer Parodontalsonde kontrolliert. Nachdem die Defekte angelegt worden waren, wurde das gewonnene Knochenmaterial zerkleinert und das erhaltene Material wurde in zwei gleiche Teile geteilt. Die Konfiguration der Gruppen war wie folgt: Gruppe 1 (PSB): Mischung aus plättchenreichem Fibrinmembran (P) + Silikon (S) + autologem Knochen (B); Gruppe 2 (PS): plättchenreiche Fibrinmembran (P) + Silikon (S); Gruppe 3 (SB): Silikon (S) + autologer Knochen (B) und schließlich Gruppe 4 (KONTROLLE), in der kein regeneratives Material platziert wurde. Die Verteilung der Gruppen im Scheitelbein ist in Tabelle 1 zu sehen.

Nach dem Nähen wurden entzündungshemmende und schmerzlindernde Mittel verabreicht (Carprofen 1 ml / 12,5 kg und Buprenorphin 0,05 mg / kg). Schließlich wurden die Tiere nach 3 Wochen mit einer intravenösen Überdosis von Kaliumchlorid getötet. Der chirurgische Eingriff ist in Abbildung 1 zu sehen.

Die Proben, die aus dem Schädeldach jedes Exemplars entnommen wurden, wurden im anatomischen sagittalen Schnitt geschnitten, und nach der Trennung von der Gehirnmasse und dem Waschen in physiologischer Kochsalzlösung wurden die Stücke einzeln geschnitten und markiert. Jede der Proben wurde in einer 10%igen Formalinlösung für tomografische und histomorphometrische Analysen eingetaucht.

Micro-Computertomographie (Micro-CT)

Die Proben wurden mit Computertomographie (CT) unter Verwendung eines CT Bruker Albira Scanners (Bruker Co., Billerica, MA, USA) analysiert. Die Aufnahmen wurden mit den folgenden Parametern durchgeführt: 1000 Bilder, in 360° radiografischer Projektion, bei 45 kV und 30 Minuten Aufnahmezeit. Die tomografische Rekonstruktion wurde mit der Albira Suite Software (Bruker Co., Billerica, MA, USA) und standardmäßigen Rekonstruktionsparametern durchgeführt, um 2D- und 3D-Volumina mit einer Auflösung von 8,3 Voxeln/mm zu erzeugen. Die durchschnittliche Knochendichte, gemessen in Hounsfield-Einheiten (HU), wurde mit der PMOD-Software (Bruker Co., Billerica, MA, USA) bewertet, indem sphärische Volumina von Interesse [VOI] mit 2 mm in einer Rosettenformation innerhalb jeder Läsion positioniert wurden. Hochauflösende Rekonstruktionen eines 10 mm³ Volumens wurden in jeder Läsion unter Verwendung der Albira Suite Software durchgeführt, was zu Volumina mit einer Auflösung von 20 Voxeln/mm führte. Für jedes der Volumina wurden die folgenden Variablen bewertet: (1) Die Gesamtsumme der Hounsfield-Werte aller Voxel (GESAMTSUMME), (2) der Durchschnitt aller Hounsfield-Werte der Voxel (Durchschnitt) in Hounsfield-Einheiten und (3) der Prozentsatz des gesunden Knochens (%).

Diese gleichen Variablen wurden für Luft ̶ als Maß zur Feststellung des Hintergrundgeräuschs der Bilder ̶ und für das umgebende Knochengewebe bewertet, bei dem der Prozentsatz des erwarteten gesunden Knochens 100% beträgt.

Histologische Verarbeitung der Probe

Proben wurden aus dem Schädel jeder Probe entnommen, indem entlang der anatomischen sagittalen Ebene geschnitten wurde. Die getrockneten Proben wurden sofort in eine Lösung aus 4% Formaldehyd und 1% Calcium, eingebettet in Acrylharz, eingetaucht und sie wurden nach der Methode von Donath und Breuner zur Herstellung histologischer Schnitte mit einer Dicke von 5 µm verarbeitet. Die Proben wurden mit Von Kossa (VK) 5% Silbernitrat (Sigma-Aldrich Chemical Co., Poole, Vereinigtes Königreich) gefärbt, um den mineralisierten Knochen nach 3 Wochen zu betrachten, und sie wurden mit einem Olympus BXB61-Optikmikroskop (Olympus, Tokio, Japan) mit 1,5- und 20-fach Vergrößerung beobachtet. Die Bilder wurden mit einem DSP DS-Fi1 digitalen Signalprozessor (Nikon, Tokio, Japan) in Verbindung mit der NIS-Elements 4.0 BR-Software (Nikon, Tokio, Japan) aufgenommen. Von jedem Knochendefekt wurde ein Bild aufgenommen. Eine Woche vor der Opferung der Proben (nach 2 Wochen) wurde den Kaninchen ein fluoreszierender Marker verabreicht, um die Calceinablagerung auf der kürzlich abgelagerten Knochenmatrix zu beobachten. Die fluoreszierenden Bilder wurden mit einer DSP DS-Fi1-Kamera [Nikon, Tokio, Japan] in Verbindung mit der NIS-Elements 4.0 BR-Software [Nikon, Tokio, Japan] aufgenommen.

Für beide Arten von Färbungen (VK und Immunfluoreszenz) wurden vier Variablen analysiert: Knochenhöhe (nur bei VK) (mm) (BH), Knochenfläche (µm2) (BA), Prozentsatz der Knochenfläche (%) (BA) und Knochenumfang (µm) (BP).

Statistische Analyse

Für die statistische Analyse der erhaltenen Ergebnisse wurde der ANOVA t-Test angewendet, gefolgt von einem Bonferroni-Test, um die in beiden Studiengruppen erhaltenen Ergebnisse zu vergleichen, unter Verwendung der Software STATVIEW F-4.5. Die Ergebnisse wurden als Median ± Standardabweichung für alle analysierten Variablen ausgedrückt. Das Signifikanzniveau wurde auf p ≤ 0,05 festgelegt.

Ergebnisse

Ergebnisse für radiologische Variablen

Mit der Albira Suite-Software wurden hochauflösende 2D- und 3D-Rekonstruktionen erstellt (Abbildung 2) und die Variablen zur Knochenquantifizierung gemessen, bei denen nach 3 Wochen keine statistisch signifikanten Unterschiede zwischen den Gruppen PSB, SB und CONTROL in den Variablen Total SUM, Durchschnitt und % Gesundes Knochen festgestellt wurden. Die PS-Gruppe erzielte die am wenigsten signifikanten Werte für diese drei Variablen (Tabellen 2 und 3).

Drei Wochen später wurden histologische Bewertungen der vier Gruppen vorgenommen (Tabelle 4). Die Variable der Knochenhöhe zeigte nach 3 Wochen Heilung keine statistisch signifikanten Unterschiede zwischen den Gruppen.

Es wurden zwei histologische Färbungen, Von Kossa und Fluoreszenz, durchgeführt (Abbildung 4). Die erste wurde verwendet, um mineralisierten Knochen zu beobachten. Die Knochenfläche [BA], der Flächenanteil [%BA] und der Knochenumfang [BP] wurden beobachtet. Die Von Kossa-Färbung zeigte, dass die PSB-Gruppe statistisch höhere BA und BP als die anderen Gruppen aufwies. Der %BA war in der CONTROL-Gruppe höher, jedoch nicht signifikant im Vergleich zu allen Gruppen, da die Stichprobengröße sehr klein war.

Die Fluoreszenzfärbung wurde verwendet, um die oben genannten Variablen im neu abgelagerten Knochen zu messen. Es wurden nach 3 Wochen keine statistisch signifikanten Unterschiede zwischen den Gruppen für die BA- und %BA-Variablen beobachtet. In der SB-Gruppe war der Knochenumfang signifikant höher, während die PSB-Gruppe den signifikant niedrigeren Wert aufwies.

Diskussion

In dieser radiologischen und histologischen Studie haben wir den Knochen beobachtet, der nach der Platzierung verschiedener knochenregenerativer Materialien gebildet wurde, zu denen Silikon hinzugefügt wurde, um seine Rolle als Stimulator der Knochenbildung zu bewerten.

In der radiologischen Studie (Tabelle 2) wurde beobachtet, dass die Gruppen PSB und SB höhere Werte hinsichtlich der Menge und des Prozentsatzes des beobachteten gesunden Knochens aufwiesen. Diese Unterschiede waren jedoch im Vergleich zur Kontrollgruppe nicht statistisch signifikant. Andererseits wies die PS-Gruppe signifikant niedrigere Werte im Vergleich zu den anderen Gruppen auf.

Die histologische Studie (Tabelle 4) zeigte, dass die PSB-Gruppe die größte Fläche, den größten Prozentsatz und den größten Umfang von mineralisiertem Knochen im Vergleich zu den anderen Gruppen aufwies. Im Gegensatz dazu wurde bei der Bewertung der Calceinablagerung in der Knochenmatrix kein Unterschied zwischen den Gruppen hinsichtlich der Knochenfläche und des Flächenprozentsatzes beobachtet. Die SB-Gruppe wies einen signifikant größeren Knochenumfang auf. Die Variable Knochenhöhe zeigte keine Unterschiede zwischen den Gruppen.

Silizium ist ein bioanorganisches Ion, das in mehreren Studien als regeneratives Material eingesetzt wurde, normalerweise zusammen mit anderen anorganischen Biomaterialien wie Calciumphosphat oder Hydroxylapatit. Die Vorteile, die sie bieten, sind niedrige Kosten und eine längere Lebensdauer. Die Bioaktivität von Silizium hängt von der Ansammlung von Siliziumionen ab, wenn es Körperflüssigkeiten wie Blut ausgesetzt ist, wie im Fall dieser Studie. Dieses Phänomen sollte zur Bildung einer Schicht führen, die biologisch aktivem Apatit ähnlich ist.

Soweit wir wissen, gibt es in der Literatur keine Hinweise auf die Verwendung von Siliziumversenat als regeneratives Material, daher muss der Vergleich mit anderen Studien mit Vorsicht vorgenommen werden.

Die üblicherweise angewandte Methode besteht darin, Hydroxylapatit oder Calciumphosphat durch Silizium mittels Fällungsmethoden zu ersetzen, wodurch regenerative Biomaterialien mit besseren Eigenschaften gewonnen werden können. Mehrere in vitro-Studien haben gezeigt, dass Silizium ein biokompatibles und bioinertes Element ist. Darüber hinaus fördert es die Angiogenese, die osteoblastische Differenzierung und erhöht die Knochendichte, indem es dessen Bildung beschleunigt. In einer aktuellen Studie wurden Defekte an den Schädeldecken von Ratten regeneriert und nach 4 Wochen wurde beobachtet, dass eine signifikant größere Knochenbildung im Vergleich zu einer ähnlichen Mischung, der kein Silizium hinzugefügt wurde, stattfand.

Ebenso wurden gemischte in vitro- und in vivo-Studien durchgeführt, in denen das Verhalten von Silizium in beiden Situationen verglichen werden konnte. Mao et al führten eine Studie durch, in der Silizium einer Mischung aus Calciumphosphat und Glas-Keramik hinzugefügt wurde, um Defekte an den Schädeldecken von Kaninchen zu regenerieren. Die Zellviabilität war ähnlich der, die im spongiösen Rinderknochen beobachtet wurde, jedoch mit einer höheren Rate an Zellproliferation. All dies wurde der Einbeziehung von Siliziumionen zugeschrieben, die auch andere Zellfunktionen wie die Zelladhäsion fördern sollten. In der durchgeführten histologischen Studie wurde eine erhöhte Neubildung von Knochen in der experimentellen Gruppe beobachtet.

Gemäß der überprüften Literatur wäre zu erwarten, dass in den Gruppen mit Silizium eine größere Menge mineralisierten Knochens gefunden wird. In unserer Studie zeigten die PS- und SB-Gruppen keinen Unterschied im Vergleich zur Kontrollgruppe, wobei die Kombination aus Silizium, plättchenreichem Fibrin und autologem Knochen [der PSB-Gruppe] diejenige war, die ein signifikant höheres Niveau an mineralisiertem Knochen als die anderen ermöglichte.

Autologer Knochen wird nach wie vor als das Goldstandardmaterial für die Regeneration angesehen, da er das einzige Material mit osteogenen, osteoinduktiven und osteokonduktiven Eigenschaften ist, was ihm einen Vorteil im Vergleich zu den anderen verfügbaren Materialien verschafft. Nichtsdestotrotz haben seine begrenzte Verfügbarkeit, Morbidität und die höhere Resorptionsrate die Suche nach neuen Biomaterialien angestoßen.

In unserer Studie zeigte autologer Knochen in Kombination mit Silizium [SB] keinen signifikanten Unterschied im Vergleich zu den PS- und Kontrollgruppen hinsichtlich des verkalkten Knochens. Er war jedoch, nach der PSB-Gruppe, diejenige, die eine größere Menge an Knochen präsentierte und die einen größeren Knochenumfang von osteoidem Knochen aufwies. Es gibt keine Publikationen, in denen eine der Studiengruppen autologen Knochen mit Silizium verwendet hat; und unsere vorläufigen Ergebnisse deuten darauf hin, dass wir beobachten müssten, wie sich der autologe Knochen über längere Zeiträume verhält.

Fibrinreiches Plasma wurde zuvor in der Knochenregeneration als einziges Füllmaterial oder in Kombination mit autologem Knochen, Xenotransplantaten oder alloplastischen Transplantaten verwendet, was bessere Ergebnisse hinsichtlich der Knochenregeneration und schnellere Heilung im Vergleich zu negativen Kontrollgruppen lieferte. Es gibt jedoch nur begrenzte Beweise für die Kombination von Silizium und plättchenreichen Konzentraten. In der Literatur wurden nur zwei Studien gefunden, die beide Materialien kombinieren. Ihre Ergebnisse unterscheiden sich und auch von unseren. In der ersten Studie wurde eine Kombination von PRP/Silizium anschließend mit Calciumchlorid geliert. Es wurde auf einer Zellkultur von Osteoblasten angewendet, und eine größere Proliferation, höhere Zellviabilität und größere Zellablagerung von Calcium wurde in der Versuchsgruppe im Vergleich zur Gruppe ohne Silizium beobachtet. Im Gegensatz dazu wurde in der zweiten Studie ein zellgenerierender Faktor (CGF) mit Natriumorthosilikat auf menschlichen Osteoblasten kombiniert. Es wurden keine statistisch signifikanten Unterschiede in Bezug auf die Zellproliferation oder das Wachstum im Vergleich zu den Gruppen beobachtet, in denen nur Orthosilikat oder nur plättchenreiches Konzentrat verabreicht wurde. Im Gegensatz dazu wurde eine größere Produktion von Typ-I-Kollagen beobachtet. In beiden Studien wurde festgestellt, dass die osteokonduktiven Eigenschaften des Siliziums durch die Wachstumsfaktoren im CGF verstärkt würden. Beide Ergebnisse unterschieden sich in unserer Studie, in der die PS-Gruppe die signifikant niedrigeren radiologischen Werte erzielte, obwohl histologisch kein Unterschied zur Kontrollgruppe festgestellt wurde. Der Vergleich mit beiden Publikationen muss mit Vorsicht erfolgen, da es sich um in vitro-Studien mit einem anderen Material handelte. Nichtsdestotrotz würden unsere Ergebnisse mit zwei Versuchen an Kaninchenknochen übereinstimmen, in denen beobachtet wurde, dass das PRF die Knochenregeneration im Vergleich zur negativen Kontrollgruppe nicht signifikant verbesserte.

In unserer Studie trat eine stärkere Bildung von mineralisiertem Knochen in der PSB-Gruppe auf, was auf zwei Faktoren zurückzuführen sein könnte: Der erste ist, dass das Silizium und das PRF ihre osteokonduktive Kapazität durch die Kombination miteinander steigern und gleichzeitig die Knochenmineralisation beschleunigen würden. Dies könnte die bessere Leistung der PSB-Gruppe in unserer Studie erklären. Der zweite Faktor ist die Zugabe von autologem Knochen zu dem Biomaterial, das, wie bereits erwähnt, als Referenzmaterial in der Knochenregeneration angesehen wird.

Als Einschränkungen der Studie ist es erwähnenswert, dass die Anzahl der Proben in der Stichprobe gering war, sowie der bewertete Zeitraum. Die PSB- und SB-Studiengruppen zeigten gute Regenerationsresultate, jedoch wiesen sie radiologisch keinen signifikanten Unterschied im Vergleich zur Kontrollgruppe auf. Eine Möglichkeit zur Verbesserung der Studie wäre, längere Zeiträume zu bewerten, die möglicherweise aufschlussreichere Ergebnisse über das Verhalten dieser regenerativen Materialien bieten würden. Darüber hinaus hätte die Verwendung einer positiven Kontrollgruppe (das Füllen des Defekts mit autologem Knochen ohne Silizium oder eine Mischung aus nur autologem und heterologem Knochen) in Betracht gezogen werden können. Eine weitere Einschränkung der Studie ist die Schwierigkeit des Vergleichs aufgrund der Art des verwendeten Materials (Siliziumversenat). Silizium ist ein Element, das in sehr unterschiedlichen Formen in der Literatur verwendet wird, wie Siliziumdioxid, Siliziumacetat und Natriumsilikat, und es gibt noch kein validiertes Protokoll. Granuliertes Silizium wurde in unserer Studie verwendet. Unter physiologischen Bedingungen ist bioverfügbares Silizium in Form von Orthosilikat-Säure zu finden, während in den Studien, in denen mit Silizium substituiertes Hydroxylapatit verwendet wurde, das verwendete Silizium in Form von SiO₄ vorliegt, obwohl andererseits kürzlich gezeigt wurde, dass Silizium in seiner physiologischen Form nicht in der anorganischen Mineralphase des Knochens konzentriert werden kann, ohne es zuvor zu Orthosilikat zu metabolisieren.

In der radiologischen Studie wurde kein statistisch signifikanter Unterschied zwischen den Studiengruppen im Vergleich zur Kontrollgruppe beobachtet, was auf das Fehlen von Membranen oder Fixiermitteln zur Beschichtung des Defekts zurückzuführen sein könnte, um die Koagulation zu stabilisieren und eine Verzögerung der vollständigen Ossifikation des Bereichs zu verhindern, obwohl der untersuchte Zeitraum (3 Wochen) möglicherweise nicht ausreicht, um dies zu beobachten.

Fazit

Silizium ist ein vielversprechendes Element als Material, das zusammen mit anderen knochenregenerativen Materialien aufgrund seiner geringen Kosten und der beobachteten guten Eigenschaften in vitro und in vivo einbezogen werden kann, obwohl die Definition seiner Eigenschaften und optimalen Anwendungsbedingungen noch untersucht wird. Die Kombination aus plättchenreichem Fibrin, autologem Knochen und Silizium bietet nach 3 Wochen gute Ergebnisse. Die PSB- und SB-Gruppen zeigen gute Ergebnisse, wobei die PSB-Gruppe eine schnellere Knochenmineralisation im Vergleich zur SB-Gruppe aufweist, was auf die Einbeziehung von plättchenreichem Plasma und Silizium zurückzuführen sein könnte. Die in dieser Studie erzielten Ergebnisse zeigen die Bedeutung von autologem Knochen als Teil des Transplantatmaterials, damit der Knochen mineralisieren kann.

Im Rahmen dieser Forschung könnte die histologische Analyse regenerierter Gewebe nützliche Informationen über die Art und Menge des mit Hilfe von Silizium, plättchenreichem Fibrin und autologem Knochen gebildeten Knochens liefern. Weitere Studien sind erforderlich, um das tatsächliche regenerative Potenzial von bioanorganischen Ionen wie Silizium zu verstehen.

Autoren: Argimiro Hernández-Suarez, María Rizo-Gorrita, Dubraska Suárez-Vega, Gladys Velazco, Ivan Rodriguez Gelfenstein, María-Ángeles Serrera-Figallo und Daniel Torres-Lagares

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