Experimentelle Untersuchung zur Biokompatibilität offenporiger, metallischer Implantatstrukturen mit biologischer Reaktionsschicht unter besonderer Berücksichtigung des Knochenabbaus
Die Aufgabe, gezielt eine verbesserte Knochenregeneration durch biokompatible und osteogene Materialien zu erreichen, rückt aufgrund der Nachfrage einer leistungsorien-tierten Gesellschaft, jedoch auch durch den demografischen Wandel und der somit erhöhten Anforderungen an Knochen und Knorpel, immer mehr in den Mittelpunkt der Erforschung modifizierbarer Knochenersatzmaterialien. Von der Wahl des Implantates über seine mechanische Beschaffenheit und Struktur bis hin zu speziellen, die Knochenregeneration unterstützenden Beschichtungen oder der Infiltration von Wachstumsfaktoren und ähnlichen Stoffen, bietet die Herstellung biokompatibler Knochenersatzmaterialien eine Reihe von Ansatzpunkten für die gezielte Osteokondukti-on und ggf. Induktion und Unterstützung des knöchernen Skeletts.Bisher gab es zu ähnlichen Fragestellungen bereits Studien an Kleintieren wie Ratten oder Kaninchen. Die Übertragung von Ergebnissen solcher wissenschaftlichen Untersuchungen aus einem Großtierversuch, welches ein für das menschliche Skelettsystem und seiner Beanspruchung ähnliches Regenerationsverhalten aufzeigt, gab es unter Verwendung offenporiger Titanium-Zylinderimplantate mit biologischer Reaktionsschicht bei Beginn dieser Studie jedoch noch nicht.Die Wahl fiel daher auf eine Auswahl von 24 Merino-Schafen, von denen nach einem halben Jahr Proben aus der Femurkondyle entnommen wurden, die nach gesetztem Knochendefekt und anschließender Implantation des Knochenersatzmaterials mit biologischer Calcium-Titanat-Reaktionsschicht unter natürlicher Beanspruchung unter Vollbelastung der Tiere in vivo reagieren konnten.Die Proben beschichteter und unbeschichteter Implantate wurden unter der Fragestellung verglichen, ob die Verwendung der biologischen Reaktionsschicht eine verbesserte Knochenheilung und -stabilität, einen verminderten Knochenabbau und darüber hinaus die Induktion osteogener Zellen bewirken konnte. Dazu wurden, neben der Miteinbeziehung herstellungsbedingter Faktoren mit möglicher Auswirkung auf das Gesamtergebnis, histologische, histomorphometrische, molekularbiologische und biomechanische Versuche durchgeführt.Das Ergebnis für alle angewandten Methodiken bestätigte dabei den bereits nach Explantation gewonnenen makroskopischen Eindruck: Zwischen beschichteten und unbeschichteten Implantaten gibt es keinen signifikanten Unterschied im Einwachsverhalten des neu gebildeten Knochens hinsichtlich der Stabilität im Interface-Bereich sowie der Reduktion knochenresorptiver Zellen im Zielbereich. Insbesondere der histomorphometrische Vergleich der zeitgleich mit Calcein-Grün-Fluorochrom gefärbten Knochenbereiche an Tag 177 und 184 konnte keine signifikanten Abweichungen bei der Knochenregeneration aufzeigen. Die daraufhin gestellte Arbeitshypothese, dass die verwendete Beschichtung keinen Vorteil gegenüber der reinen Titaniumimplantate aufweist, wurde durch den Vergleich der TRAP-positiv gefärbten Zellen, REM-Bilder, relativen Expression von Cathepsin-K und Ausdrückversuche im Rahmen der biomechanischen Versuche bestätigt.
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