Frakturen stellen eine relevante Belastung für die betroffenen Patienten dar, haben aber durch Arbeitsausfälle, Pflege- und Rehabilitationsmaßnahmen auch eine Bedeutung für die Gesundheitssysteme. Zur Verbesserung der Frakturheilung konzentrieren sich viele Studien auf die Wirkung von Wachstumsfaktoren, wie dem Bone Morphogenetic Protein 2 (BMP-2). Einen Ansatz stellt dabei die Gentherapie dar und hier speziell die lokale Applikation einer Wachstumsfaktoren-kodierenden DNA mittels non-viraler Vektoren, den sogenannten Copolymer-Protected Gene Vectors (COPROGs). Ziel der Studie war es, die Frakturheilung unter dem Einfluss lokaler Applikation von BMP-2 Plasmiden in einem Rattenmodell zu untersuchen. Grundlage der Versuche war die Einarbeitung und konsekutive Freisetzung der untersuchten Substanzen aus einer biodegredierbaren Poly-(D,L-Laktid-) (PDLLA) Implantatbeschichtung. Zunächst erfolgte hierzu eine in-vitro Versuchsreihe, wobei Rattenosteoblasten mit COPROGs+BMP-2 Plasmid oder COPROGs+Luciferase-Plasmid transfiziert und die jeweilige Expression gemessen wurde. In-vivo wurden dann in einem etablierten Rattenfrakturmodell standardisierte Tibiafrakturen gesetzt und diese entweder mit Kirschner-Drähten ohne Beschichtung (n = 10) oder einer PDLLA-Beschichtung mit BMP-2 Plasmid (n = 10) oder einem Luciferase-Plasmid (n = 10) operativ stabilisiert. Nach einer Standzeit von 28 und 42 Tagen wurde jeweils die biomechanische Auswertung des maximalen Drehmoments und der torsionalen Steifigkeit der fraktuierten Tibiae im Vergleich zur gesunden Gegenseite durchgeführt. Zudem erfolgte in anderen Promotionsarbeiten eine histomorphometrische Auswertung und die Analyse einer systemischen Transfektion durch das Luciferase-Plasmid. In den in-vitro Experimenten konnte eine BMP-2 Expression vom 2. bis 10. Tag gemessen werden, während die Luciferase bis zum 21. Tag nachgewiesen wurde. In den in-vivo Versuchen konnte nach 28 Tagen das höchste maximale Drehmoment in der Gruppe mit COPROGs+BMP-2 Plasmid bestimmt werden, während bei der torsionalen Steifigkeit die höchsten Messwerte in der Gruppe der COPROGs ohne Plasmid lagen, ohne das eine Signifikanz nachgewiesen werden konnte. Nach 42 Tagen konnten sowohl die höchsten Werte beim maximalen Drehmoment, als auch bei der torsionalen Steifigkeit in der Gruppe mit COPROGS+BMP-2 Plasmid gemessen werden. Eine signifikante Erhöhung bestand hier beim maximalen Drehmoment in der COPROGS + BMP-2 Plasmid Gruppe gegenüber der unbeschichteten Kontrollgruppe (p < 0,05). Die Ergebnisse dieser Arbeit zeigten die Tendenz, aber nicht den eindeutigen Nachweis einer positiven Wirkung der lokalen Applikation von COPROGS+BMP-2 Plasmiden bei der Frakturheilung an Rattentibiae. Während die histomorphologische Untersuchung der Frakturzonen in anderen Dissertationsarbeiten keine richtungsweisenden Ergebnisse erbrachte, konnte aber eine systemische Transfektion ausgeschlossen werden. Die Wirkung von Wachstumsfaktoren und auch die Bedeutung von gentechnischen lokalen Therapiemechanismen erscheinen auch im Vergleich zu der bestehenden Literatur sehr multifaktoriell bedingt und sollten in weiteren Studien erforscht werden.
Fractures constitute a relevant burden for affected patients, but due to work losses, care- and rehabilitation measures they also have an impact on the health system. To improve fracture healing many studies focus on the impacts of growth factors like the Bone Morphogenetic Protein 2 (BMP-2). One approach is the gene therapy, here particularly the local application of growth-factor-encoding DNA through non-viral vectors, so called Copolymer-Protected Gene Vectors (COPROGs). The study’s aim was to learn about the fracture healing under the influence of local application of BMP-2 plasmids in a rat-model. The trials basis was to bring in and consecutive set free the examined substances out of a biodegradable Poly-(D,L-Lactide-) (PDLLA) implant coating. First an in-vitro test series was done, in which rat-osteoblasts were transfected with COPROGs+BMP-2 plasmid or COPROGs+luciferase-plasmid and each of their expression was measured. In-vitro standardized tibia fractures were set in an established rat-fracture-model and surgically stabilized either with Kirschner-wires without coating (n = 10), a PDLLA-coating with BMP-2 plasmid (n = 10) or a Luciferase-plasmid (n = 10). Following a lifetime of 28 and 42 days, biomechanical evaluations were done concerning maximum torque and torsional stiffness of the fractured tibias compared to their healthy opposing parts. An additional histomorphometric evaluation and the analysis of a systemic transfection through the Luciferase-plasmid were produced in other promotional works. Within the in-vitro experiments a BMP-2 expression was measured from day 2 to day 10, while the Luciferase was proven until day 21. In the in-vitro tests the highest maximal torque was determined after 28 days in the COPROGs+BMP-2 plasmid group, while torsional stiffness measured the highest in the COPROG-group without plasmid – without any proven signficance. After 42 days the highest values in maximum torque as well as in torsional stiffness were measured in the group with COPROGS+BMP-2 plasmides. A significant increase was seen in maximum torque in the COPROGS + BMP-2 plasmid group compared to the uncoated controlgroup (p < 0,05). The results of this study indicate the tendency, although not the clear proof, of a positive effect of local application of COPROGS+BMP-2 plasmides in terms of fracture-healing in rat-tibias. While the histomophologic examination of fracture-zones within other dissertation-work brought no groundbreaking results, they excluded a systemic transfection. The effect of groth factors and also the meaning of genetically local therapy machanisms appear, even compared to existing literature, highly multifactorial conditioned and therefor should be researched in further studies.
