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Modifikation von Knochenzementen mit Chondroitinsulfat
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Autoren
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W. Schneiders
- Universitätsklinikum Carl Gustav Carus, Klinik für Unfall- und Wiederherstellungschirurgie, Dresden, Germany
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S. Rammelt
- Universitätsklinikum Carl Gustav Carus, Klinik für Unfall- und Wiederherstellungschirurgie, Dresden, Germany
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S. Rehberg
- Universitätsklinikum Carl Gustav Carus, Klinik für Unfall- und Wiederherstellungschirurgie, Dresden, Germany
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A. Reinstorf
- Institut für Materialwissenschaften, Technische Universität Dresden, Dresden, Germany
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H. Zwipp
- Universitätsklinikum Carl Gustav Carus, Klinik für Unfall- und Wiederherstellungschirurgie, Dresden, Germany
| Veröffentlicht: | 9. Oktober 2007 |
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Gliederung
Text
Fragestellung: Chondroitinsulfat ist ein wesentliches Glykosaminoglykan des menschlichen Knochens. Neben antiinflammatorischen Eigenschaften werden dem Chondroitinsulfat antikoagulatorische und durchblutungsfördernde Funktionen zugeschrieben, was die Erforschung seiner Rolle bei der Knochenheilung attraktiv macht. Bekanntermaßen hat der Zusatz von biomimetisch kristallinisiertem Kollagen zu Hydroxylapatitkomposit (HA/Col) ein erhöhtes Knochenremodeling zur Folge. Zur weiteren Optimierung der osteokonduktiven Eigenschaften wurden diese HA/Col Komposite mit Chondroitinsulfat modifiziert.
Methodik: Als Grundkörper diente ein nanokristalliner mit Kollagen versetzter Kalzium/Phosphat-Zement (HA/Col) mit einer durchschnittlichen Porengröße von 500-1000nm, der bei Raumtemperatur zu Hydroxylapatit aushärtet. Zu einer zweiten Gruppe wurden 5mg/g Chondroitinsulfat (HA/Col/CS) zugesetzt.
Die ausgehärteten zylindrischen Probenkörper (Durchmesser 2.5mm) wurden nach Setzen eines sagittalen Stanzdefektes in die Tibia-Metaphyse von adulten Wistar-Ratten unter press-fit implantiert. Die Gewinnung der Tibiae erfolgte nach 4 Beobachtungszeiträumen (4., 7., 14., 28. Tag), pro Gruppe und Zeitintervall mit jeweils 6 Tieren.
Ergebnisse: Elektronenmikroskopisch zeigte sich bei den HA/Col und HA/Col/CS Kompositen eine Partikelgröße zwischen 200-500 nm mit plättchenförmiger Morphologie. Die Kompressionsfestigkeit der nicht modifizierten Komposite betrug 28 MPa. Durch den Zusatz von Chondroitinsulfat erhöhte sie sich um 15%. In der Röntgendiffraktionsanalyse zeigten beide Komposite eine hohe Analogie zum menschlichen Knochen.
Die immun- und enzymhistochemische Charakterisierung der Interface um die Implantate zeigte am 4. und 7. postoperativen Tag eine signifikant vermehrte Anzahl ED 1 positiver mononukleärer Zellen und TRAP positiver Osteoklasten (p<0,05) bei HA/Col/CS Implantaten. Am 14. Tag wurde eine signifikante Erhöhung TRAP positiver Osteoklasten um die nicht modifizierten HA/Col Implantate gesehen (p<0,05). Am 28. Tag waren beide Komposite fast vollständig von neuem Geflechtknochen umgeben. Jedoch zeigte sich bei den HA/Col Implantaten partiell eine bindegewebige Interface zwischen neu gebildetem Knochen und Implantat. Der direkte Knochen-Implantat-Kontakt betrug 92,3% (SD6,6) bei den HA/Col/CS und 46,1% (SD18) bei den HA/Col Implantaten (p<0,05).
Histomorphometrisch wurden zudem in einem Abstand von 1mm zum Implantat eine signifikant (p<0,05) erhöhte Knochenneubildung um die HA/Col/CS (80,1%, SD7,3) im Vergleich zu den HA/Col Implantaten (21,5%, SD13,4) ermittelt.
Schlussfolgerung: Der Zusatz von Chondroitinsulfat zu Kollagen modifizierten Hydroxylapatitkompositen führt zu einer signifikanten Steigerung des Knochenremodelings und der Knochenneubildung im Kleintierversuch. Der Einfluss auf die Materialeigenschaften ist bis auf eine nicht signifikante Steigerung der Kompressionsfestigkeit gering.
