Εκτίμηση της οστεογενετικής δυνατότητας οστικών μοσχευμάτων σε τροποποιημ΄ένο πειραματικό μοντέλο κνήμης κουνελιού: ιστολογική και ιστομορφομετρική μελέτη

Abstract

The aim of the present doctoral thesis was to evaluate the osteogenic potential of bone grafts in a modified rabbit tibia model, with particular emphasis on the role of the bone marrow in bone regeneration. Additionally, the behavior of different grafting materials was investigated under conditions of marrow exclusion. The study was conducted on 40 New Zealand rabbits, in which standardized cortical bone defects of 6 mm in diameter were created in the tibia. The animals were randomly allocated into four groups: control group without intervention (CON), marrow exclusion group using calcium sulfate and collagen membrane (PoP), group receiving an alloplastic tricalcium phosphate graft (TCP), and group receiving a bovine xenograft (BOV). Evaluation was performed eight weeks postoperatively through histological and histomorphometric analysis. Complete bone bridging was observed in the control group, indicating that the 6 mm defect does not represent a critical size defect in this model. The percentage of defect fill with newly formed bone tissue was 68.08±12.09% in the CON group, 54.02±13.93% in the PoP group, 44.45±10.77% in the TCP group, and 43.10±9.35% in the BOV group, with statistically significant differences among groups (p<0.001). Similarly, the percentage of new bone within the newly formed tissue was 95.99±1.74% for CON, 75.37±13.27% for PoP, 41.12±11.62% for TCP, and 16.85±5.56% for BOV (p<0.001). Marrow exclusion resulted in a significant reduction in bone regeneration and incomplete defect bridging, with the presence of fibrous tissue. The application of grafting materials did not compensate for the absence of marrow contribution, although TCP demonstrated slightly superior osteogenic performance compared to BOV. In conclusion, bone marrow constitutes a critical factor in bone regeneration, as its absence significantly limits the osteogenic response, even in the presence of grafting materials. The proposed modified experimental model may serve as a reliable tool for evaluating the true osteogenic capacity of biomaterials under strictly controlled biological conditions.

Σκοπός της παρούσας διδακτορικής διατριβής ήταν η εκτίμηση της οστεογενετικής δυνατότητας οστικών μοσχευμάτων σε τροποποιημένο πειραματικό μοντέλο κνήμης κουνελιού, με ιδιαίτερη έμφαση στον ρόλο της μυελώδους μοίρας στην οστική αναγέννηση. Επιπλέον, διερευνήθηκε η συμπεριφορά διαφορετικών μοσχευματικών υλικών υπό συνθήκες αποκλεισμού της μυελικής συμβολής. Η μελέτη πραγματοποιήθηκε σε 40 κουνέλια Νέας Ζηλανδίας, στα οποία δημιουργήθηκαν τεχνητά οστικά ελλείμματα διαμέτρου 6 mm στη φλοιώδη μοίρα της κνήμης. Τα ζώα κατανεμήθηκαν σε τέσσερις ομάδες: ομάδα ελέγχου (CON), ομάδα αποκλεισμού μυελού με θειικό ασβέστιο και μεμβράνη (PoP), ομάδα με αλλοπλαστικό μόσχευμα τριφωσφορικού ασβεστίου (TCP) και ομάδα με ξενομόσχευμα βόειας προέλευσης (BOV). Η αξιολόγηση πραγματοποιήθηκε οκτώ εβδομάδες μετεγχειρητικά με ιστολογική και ιστομορφομετρική ανάλυση. Στην ομάδα ελέγχου παρατηρήθηκε πλήρης οστική γεφύρωση των ελλειμμάτων, γεγονός που υποδηλώνει ότι το έλλειμμα των 6 mm δεν αποτελεί κρίσιμου μεγέθους έλλειμμα. Το ποσοστό πλήρωσης του ελλείμματος με νέο οστίτη ιστό ήταν 68,08±12,09% στην ομάδα CON, 54,02±13,93% στην ομάδα PoP, 44,45±10,77% στην ομάδα TCP και 43,10±9,35% στην ομάδα BOV, με στατιστικώς σημαντικές διαφορές μεταξύ των ομάδων (p<0,001). Αντίστοιχα, το ποσοστό νέου οστού στον νεοσχηματισμένο οστίτη ιστό ήταν 95,99±1,74% για την ομάδα CON, 75,37±13,27% για την ομάδα PoP, 41,12±11,62% για την ομάδα TCP και 16,85±5,56% για την ομάδα BOV (p<0,001). Ο αποκλεισμός της μυελώδους μοίρας οδήγησε σε σημαντική μείωση της οστικής αναγέννησης και ατελή γεφύρωση των ελλειμμάτων, με παρουσία ινώδους ιστού. Η τοποθέτηση μοσχευμάτων δεν κατέστη ικανή να αντισταθμίσει την απουσία μυελικής συμβολής, με το TCP να εμφανίζει οριακά καλύτερη οστεογενετική συμπεριφορά σε σχέση με το BOV. Συμπερασματικά, ο μυελός των οστών αποτελεί καθοριστικό παράγοντα της οστικής αναγέννησης, καθώς η απουσία του περιορίζει σημαντικά την οστεογενετική απόκριση, ακόμη και παρουσία μοσχευματικών υλικών. Το προτεινόμενο τροποποιημένο πειραματικό μοντέλο δύναται να αποτελέσει αξιόπιστο εργαλείο για την αξιολόγηση της πραγματικής οστεογενετικής ικανότητας βιοϋλικών υπό αυστηρά ελεγχόμενες συνθήκες.