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Deutscher Kongress für Orthopädie und Unfallchirurgie
72. Jahrestagung der Deutschen Gesellschaft für Unfallchirurgie, 94. Tagung der Deutschen Gesellschaft für Orthopädie und Orthopädische Chirurgie und 49. Tagung des Berufsverbandes der Fachärzte für Orthopädie und Unfallchirurgie

22. - 25.10.2008, Berlin

Entwicklung eines porösen pulvermetallurgisch-hergestellten Nickeltitan Biomaterials

Meeting Abstract

  • T. Habijan - BG-Kliniken Bergmannsheil, Ruhr-Universität Bochum, Chirurgische Klinik und Poliklinik, Bochum, Germany
  • M. Köhl - Forschungszentrum Jülich GmbH, Institut für Werkstoffe und Verfahren der Energietechnik, Jülich, Germany
  • S.A. Esenwein - BG-Kliniken Bergmannsheil, Ruhr-Universität Bochum, Chirurgische Klinik und Poliklinik, Bochum, Germany
  • G. Muhr - BG-Kliniken Bergmannsheil, Ruhr-Universität Bochum, Chirurgische Klinik und Poliklinik, Bochum, Germany
  • D. Stöver - Forschungszentrum Jülich GmbH, Institut für Werkstoffe und Verfahren der Energietechnik, Jülich, Germany
  • M. Köller - BG-Kliniken Bergmannsheil, Ruhr-Universität Bochum, Chirurgische Klinik und Poliklinik, Bochum, Germany

Deutscher Kongress für Orthopädie und Unfallchirurgie. 72. Jahrestagung der Deutschen Gesellschaft für Unfallchirurgie, 94. Tagung der Deutschen Gesellschaft für Orthopädie und Orthopädische Chirurgie, 49. Tagung des Berufsverbandes der Fachärzte für Orthopädie. Berlin, 22.-25.10.2008. Düsseldorf: German Medical Science GMS Publishing House; 2008. DocEF20-359

Die elektronische Version dieses Artikels ist vollständig und ist verfügbar unter: http://www.egms.de/de/meetings/dkou2008/08dkou088.shtml

Veröffentlicht: 16. Oktober 2008

© 2008 Habijan et al.
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Gliederung

Text

Fragestellung: Der Werkstoff Nickeltitan (NiTi) ist aufgrund seiner herausragenden biomechanischen Kompatibilität zum Knochen ein äußerst interessantes Implantatmaterial. Der E-Modul von porösem NiTi (1-5 GPa) liegt näher an dem von Knochen (0,3 - 20 GPa) als der E-Modul anderer Knochenersatzmaterialien. Unter Verwendung des Metallpulverspritzguss-Verfahrens (MIM) in Kombination mit der Platzhaltermethode (SHM) können passgerechte, poröse Implantate hergestellt werden. Diese verfügen über interkonnektierte Poren und sollen das Einwachsen von Knochen in das Implantat ermöglichen. Das Einwachsen kann durch eine Vorbesiedlung der Implantatoberfläche mit humanen mesenchymalen Stammzellen (hMSCs) weiter verbessert werden. Die Besiedlungseffizienz hängt dabei primär von der Beschaffenheit der Oberfläche ab. Die Rauhigkeit der Oberfläche wird von der verwendeten Korngröße der Pulver bestimmt. Kleine Körner führen zu glatten Oberflächen. Die Verwendung größerer Körner führt zu einer sukzessiven Zunahme der Oberflächenrauhigkeit.

Es war primär zu klären, welche Korngröße sich optimal für eine Besiedlung mit hMSCs eignet. Dazu wurden unterschiedlich raue NiTi Proben pulvermetallurgisch hergestellt und mit hMSCs besiedelt. Die optimale Korngröße sollte dann zur Herstellung poröser Probekörper verwendet werden.

Methodik: HMSCs wurden für 48 h und 8 d auf unterschiedlich rauen NiTi Proben (Korngröße: 25 μm, 45 μm & 45 μm) kultiviert. Die Stoffwechselaktivität und Zellzahl wurde fluoreszenzspektroskopisch (alamarBlueTM) quantifiziert. Die Morphologie und Vitalität der Zellen wurde mittels Rasterelektronenmikroskopie und differentieller Fluoreszenzmarkierung mikroskopisch analysiert (CalceinAM/ Propidiumiodid). Die Zytokinfreisetzung (IL-8) wurde über ELISA quantifiziert. Das Signifikanzniveau (p 0,05) und die Verteilung der Daten wurde mittels Student´s T-test, bzw. Kolmogorov-Smirnov-Test bestimmt.

Ergebnisse: Aus zellbiologischer Sicht sollten Pulverchargen mit einer Korngröße 45 µm nicht verwendet werden. Auf den Proben befanden sich, nach achttägiger Besiedlung mit hMSCs signifikant weniger Zellen als auf den übrigen Proben. Da kleine, vorlegierte NiTi Pulver prozessbedingt stärker verunreinigt sind als größere, wurden Korngrößen 45 µm für die Herstellung der porösen Proben verwendet. Die porösen Proben wurden ebenfalls mit hMSCs besiedelt. Nach 8 Tagen konnte eine signifikante Besiedlung detektiert werden. Innerhalb der Poren (Querschnitt) befanden sich ebenfalls einige vitale, invadierte Zellen.

Schlussfolgerungen: Das MIM Verfahren in Kombination mit der SHM Methode ist geeignet, um poröses pseudoelastisches NiTi-Biomaterial herzustellen. Sowohl der Verlust von teurem Grundmaterial, als auch die aufwendige und kostenintensive Bearbeitung werden durch die pulvermetallurgische Herstellung vermieden.