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67. Jahrestagung der Deutschen Gesellschaft für Unfallchirurgie
89. Tagung der Deutschen Gesellschaft für Orthopädie und Orthopädische Chirurgie
44. Tagung des Berufsverbandes der Fachärzte für Orthopädie

11. bis 16.11.2003, Messe/ICC Berlin

Optimierung der Biokompatibilität durch Oberflächenmodifikation der Calciumphosphat-Schichten auf Ni-Ti-Formgedächtnislegierungen.

Meeting Abstract (DGU 2003)

  • corresponding author Denise Bogdanski - Chirurgische Klinik und Poliklinik, BG Kliniken Bergmannsheil -Universitätsklinik, Bürkle-de-la-Camp-Platz 1, 44789, Bochum, Phone: 0234-3024724, 722
  • M. Köller - Chirurgische Klinik und Poliklinik, BG Kliniken Bergmannsheil Bochum
  • S.A. Esenwein - Chirurgische Klinik und Poliklinik, BG Kliniken Bergmannsheil Bochum
  • O. Prymak - Lehrstuhl Anorganische Chemie, Festkörperchemie, Ruhr-Universität Bochum
  • M. Epple - Lehrstuhl Anorganische Chemie, Festkörperchemie, Ruhr-Universität Bochum
  • G. Muhr - Chirurgische Klinik und Poliklinik, BG Kliniken Bergmannsheil Bochum

Deutsche Gesellschaft für Unfallchirurgie. Deutsche Gesellschaft für Orthopädie und orthopädische Chirurgie. Berufsverband der Fachärzte für Orthopädie. 67. Jahrestagung der Deutschen Gesellschaft für Unfallchirurgie, 89. Tagung der Deutschen Gesellschaft für Orthopädie und Orthopädische Chirurgie und 44. Tagung des Berufsverbandes der Fachärzte für Orthopädie. Berlin, 11.-16.11.2003. Düsseldorf, Köln: German Medical Science; 2003. Doc03dguD6-2

Die elektronische Version dieses Artikels ist vollständig und ist verfügbar unter: http://www.egms.de/de/meetings/dgu2003/03dgu0275.shtml

Veröffentlicht: 11. November 2003

© 2003 Bogdanski et al.
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Gliederung

Text

Fragestellung

Formgedächtnislegierungen (FGL) auf der Basis von Nickel und Titan (NiTi) haben als besondere mechanische Eigenschaften den Formgedächtniseffekt und die Superelastizität. Diese Eigenschaften werden auch für bestimmte medizinische Implantate genutzt (Osteosyntheseklammern, intravaskuläre Stents, orthodontische Drähte). Der Einsatz von NiTi-FGL-Implantaten wird aufgrund des hohen Ni-Gehaltes kontrovers diskutiert. Durch die Beschichtung von NiTi-FGL mit Calciumphosphat aus wässriger Lösung soll eine biomimetische Grenzfläche zwischen Implantat und Gewebe hergestellt werden. Ziel der Studie war es, die Calciumphosphat-Schicht durch uniaxiales Pressen zu modifizieren und somit die Oberflächenmorphologie für Zelladhäsion und Proliferation zu verbessern.

Methoden

NiTi-FGL-Probekörper (10 x 10 x 0.2 mm) wurden mit Calciumphosphat aus wäßriger Lösung beschichtet. Die Biokompatibilität der Probekörper wurde durch Kokultivierung mit humanen Osteoblasten (primäre Osteoblasten, osteoblastenartige Osteosarkoma-Zellen SAOS-2 und MG-63) und humanen Leukozyten-Fraktionen (periphere mononukleäre Zellen PBMC sowie neutrophile Granulozyten PMN) untersucht. Proliferation und Cytotoxizität der Osteoblasten und Leukozyten auf den Probekörpern wurde fluoreszenzmikroskopisch nach Calcein-AM- bzw. Propidium-Jodid-Färbung bestimmt und mittels digitaler Bildanalyse quantifiziert (analySIS 3.2). Die Aktivierung von Leukozyten wurde durch Freisetzung von Interleukin (IL)-8 und IL-1ra mittels ELISA bestimmt. Die Freisetzung von neutrophil-chemotaktischen Faktoren wurde durchflußcytometrisch (FACSCalibur) im Migra-Test (Orpegen) bestimmt. Die Zellapoptose wurde mittels Fluorescein-FragEL-Test (Oncogene) analysiert. Extrazelluläre Calciumkonzentrationen wurden mittels Atomabsorptionsspektroskopie (AAS) gemessen.

Ergebnisse

Die Beschichtung der Probekörper mit Calciumphosphat aus wässriger Lösung zeigte eine Morphologie mit typischen plättchenförmigen Kristallen. Durch uniaxiales Pressen wurden die Kristallplättchen zu einer ebenen Fläche verdichtet. Im Vergleich zu nicht modifizierten Probekörpern war die Proliferation der Osteoblasten auf der Calciumphosphatschicht ab Tag 3 in Zellkultur signifikant erhöht (p<0.01). Im Vergleich zu unbeschichteten NiTi-FGL kam es zu einer erhöhten (p<0.01) Adhärenz von PBMC und PMN an beschichtete Probekörper sowie einer erhöhten (p<0.01) Freisetzung von IL-8, IL-1ra und neutrophil-chemotaktischen und antiapoptotischen Faktoren.

Schlussfolgerungen

Die Beschichtung mit Calciumphosphat aus wässriger Lösung erlaubt das Beschichten komplexer dreidimensionaler Strukturen und im Vergleich zum Plasmaspray-Verfahren eine bessere Kontrolle der Schichtstruktur und das Einbringen von bioaktiven Substanzen (z.B. Wachstumsfaktoren oder Antibiotika). Durch uniaxiales Pressen kann die Zellinteraktion mit der Calciumphosphat-Schicht verbessert werden.