Evaluation der Degradation, Osseointegration und Gasbildung magnesiumbasierter Knochenersatz- und Osteosynthesematerialien im Kaninchenmodell mittels Mikro-CT
Bereits jetzt stellt die osteosynthetische Frakturversorgung einen Großteil der in Krankenhäusern durchgeführten Operationen dar. Vor dem Hintergrund der zunehmend alternden Gesellschaft und dem damit einhergehenden Anstieg altersassoziierter Erkrankungen wie Osteoporose ist mit einem weiteren Anstieg entsprechender Eingriffszahlen und einer steigenden Belastung des Gesundheitssystems zu rechnen. Damit wächst das Bedürfnis nach innovativen Osteosynthesematerialien, welche optimaler Weise vollständig degradierbar sind und damit Risiko und sozioökonomischen Schaden etwaiger Zweiteingriffe zur Materialentfernung obsolet machen würden. Vor diesem Hintergrund wird bereits seit Ende des 19. Jahrhunderts an Magnesium als Ausgangsmaterial für eben solche Implantate geforscht. Magnesium ist bereits physiologisch in hohen Konzentrationen im Körper vorhanden, seine Abbauprodukte sind nicht toxisch. Magnesium ist vollständig biodegradierbar und ähnelt hinsichtlich seines Elastizitätsmoduls Knochen deutlich mehr, als zum Beispiel Titan. Ein Problem der Magnesiumimplantate ist aber ihre in vivo ausgeprägte Wasserstoffbildung und ihre rasche Degradation, was zu Knochendefekten, mangelnder knöcherner Integration und zu raschem Stabilitätsverlust führt. Besonders in den letzten Jahren wurden verschiedene Legierungen auf Magnesiumbasis hinsichtlich dieser Problematik als erfolgversprechend postuliert, eine Legierung steht bereits zur klinischen Anwendung zur Verfügung. In vielen der diesbezüglich vorliegenden Arbeiten wurden die Faktoren Gasbildung, knöcherne Integration und Degradation aber nur deskriptiv, im Rahmen von Surrogatparametern oder durch histologische Untersuchungstechniken erfasst, welche nicht die Gesamtheit des Probenmaterials überblicken. In der vorliegenden Studie sollte eine vollständige, quantitative Erfassung der Parameter Gasbildung, Degradation und Osseointegration von drei verschiedenen, auf Magnesium basierenden Implantatmaterialien im Vergleich zu reinem Magnesium vorgenommen werden. Im Einzelnen wurden Zylinder aus reinem Magnesium, W4, einem Magnesiumhydroxylapatitkomposit (MgHA) und einem magnesiumhaltigen Kalziumphosphatzement (MgCPC) implantiert. Hierzu wurden die Implantate in einem Bohrlochdefekt an der distalen Femurmetaphyse von insgesamt 31 Neuseeland- Kaninchen eingebracht. Die Erfassung der Zielparameter erfolgte nach jeweils 6 und 12 Wochen mittels Mikro- Computertomographie. Im Rahmen der Untersuchung konnte gezeigt werden, dass es zwischen den untersuchten Materialien teilweise signifikante Unterschiede hinsichtlich der einzelnen Parameter gibt. So ist zum Beispiel die detektierte Gasmenge in der Umgebung der MgCPC Implantate signifikant geringer, als die um reines Magnesium oder das Legat W4. Weiterhin unterscheidet sich die Kinetik der Gasbildung je nach Implantatmaterial deutlich, so ist bei reinem Magnesium über den gesamten Beobachtungszeitraum eine Zunahme der Gesamtgasemnge zu verzeichnen, sowie eine gleichbleibende Gasmenge um die W4 Implantate, wohingegen die Gesamtgasmenge in den MgCPC und Komposit enthaltenden Proben eine abnehmende Tendenz zeigt. Weiterhin konnte in der Versuchsreihe eine starke, negative Korrelation zwischen Osseointegration und Gasmenge gezeigt werden. Hinsichtlich des Parameters Degradation stellte sich heraus, dass sich die Legierung von Reinmagnesium mit Yttrium (W4) nur marginal positiv auf das Degradationsverhalten auswirkt. Zusammenfassend lässt sich an Hand der vorliegenden Arbeit sagen, dass eine quantitative Untersuchung mittels Mikro- CT durchaus abweichende Ergebnisse gegenüber der histologischen Untersuchung liefert und einige der untersuchten Materialien noch weit von einer möglichen klinischen Anwendung entfernt sind. Gleichzeitig erscheint die Verwendung von Magnesium in Kalziumphosphatzementen vielversprechend und eine weiterführende Untersuchung dieses Materials als lohnenswert.
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