Magnesiumwerkstoffe als resorbierbare Implantatmaterialien im Rattenmodell

Abstract

Für die stabilisierende Knochenchirurgie sind resorbierbare Implantate von großer Be- deutung, da eine weitere Operation zur Entfernung von Implantaten nach der Knochen- heilung nicht erforderlich wäre. Mg-haltige Legierungen könnten dafür geeignete Materialien sein, da Mg beim Menschen eine hohe Tolerabilität aufweist. In dieser Arbeit wurden in-vivo-Untersuchungen zur Korrosionserfassung an Knochen- schrauben, bestehend aus 1-mal und 2-mal verpressten Mg-haltigen W4-Legierungen und Mg-HA-Komposit am Femur von Ratten vorgenommen. Die Bestimmung der Korrosion erfolgte mittels histomorphometrischer Messungen der Distanz der am weitesten entfernt liegenden H2-Gasblasen und der Flächen aller H2-Gasblasen in der Peripherie der Implantatregion.Die größte Gasblasenfläche wurde bei Implantaten aus 2-mal verpresster W4-Legierung nach einer Beobachtungszeit von 6 Wochen mit 31,6% gemessen. Nach 12 Wochen hatte die Gasblasenbildung in allen 3 Werkstoffen (W4 1-mal verpresst, W4 2-mal verpresst, Mg-HA-Komposit) abgenommen. Der intergruppale Vergleich der Gasblasenflächen bei 1-mal und 2-mal verpresster W4-Legierung nach 6 Wo, sowie bei W4-Legierungen und Mg-HA-Komposit nach 12 Wo wies keine signifikanten Unterschiede auf. Dagegen fanden sich signifikant hohe Gasblasenbildungen bei Implantaten aus 2-mal verpresster W4-Legierung nach 6 Wochen im Vergleich zu W4 2-mal verpresst mit einer Beobachtungszeit von 12 Wochen. Innerhalb dieser Gruppe waren die Gasblasen nach 6 Wochen auch am weitesten entfernt. Signifikante Unterschiede beim Vergleich der Entfernungen der Gasblasen wurden dagegen nicht gemessen. Des Weiteren wurden enzymhistochemische (TRAP, ALP) und immunhistochemische (PECAM) Untersuchungen in der Implantatperipherie vorgenommen. Durch ein Scoring wurde versucht, eine Quantifizierung der TRAP-positiven Zellen vorzunehmen. In diesem Scoring zeigte sich, dass nach 12 Wochen bei 2-mal verpresstem Werkstoff vermehrt TRAP-positive Zellen im Vergleich zu 6 Wochen nach der Implantation nachgewiesen wurden. 12 Wochen nach Implantation zeigte sich folgende quantitative Reihung: Mg-HA-Komposit > W4 2x verpresst > W4 1x verpresst. Diese Ergebnisse könnten ein möglicher Hinweis auf eine stimulierte Knochenbildung am Mg-HA-Komposit sein. Damit würden sich neue Impulse für die Modifikation von Magnesiumimplantaten für den Einsatz im muskuloskelettalen System ergeben. For stabilizing bone surgery, resorbable implants are of particular importance, since a further surgery to remove implants after bone healing would not be necessary. Alloys containing Mg could be suitable materials for this purpose, since Mg has a high tolerability in humans. In this study, in vivo investigations on corrosion monitoring of bone screws consisting of once and twice pressed Mg-containing W4 alloys and Mg-HA composite at the femur of rats were performed. Corrosion was determined by histomorphometric measurements of the distance of the most distant H2 gas bubbles and the areas of all H2 gas bubbles in the periphery of the implant region.The largest gas bubble area was measured with 31.6% for implants made of twice pressed W4 alloy after an observation period of 6 weeks. After 12 weeks the formation of gas bubbles had decreased in all 3 materials (W4 pressed once, W4 pressed twice, Mg-HA composite). The intergroup comparison of the gas bubble areas for W4 alloy pressed once and twice after 6 weeks, and for W4 alloys and Mg-HA composite after 12 weeks did not show any significant differences. On the contrary, significantly high gas bubble formation was found for implants made of W4 alloy pressed twice after 6 weeks compared to W4 pressed twice with an observation period of 12 weeks. Within this group, the gas bubbles were also furthest apart after 6 weeks. However, no significant differences were measured when comparing the distances of the gas bubbles.Furthermore, enzyme-histochemical (TRAP, ALP) and immunohistochemical (PECAM) examinations in the implant periphery were performed. A scoring was used to try to quantify the TRAP-positive cells. This scoring showed that after 12 weeks, increased TRAP-positive cells were detected in material pressed twice compared to 6 weeks after implantation. 12 weeks after implantation the following quantitative sequence was observed: Mg-HA composite > W4 2x pressed > W4 1x pressed. These results could be a possible indication of stimulated bone formation at the Mg-HA composite. This would provide new impulses for the modification of magnesium implants for use in the musculoskeletal system.