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Deutscher Kongress für Orthopädie und Unfallchirurgie
74. Jahrestagung der Deutschen Gesellschaft für Unfallchirurgie
96. Tagung der Deutschen Gesellschaft für Orthopädie und Orthopädische Chirurgie
51. Tagung des Berufsverbandes der Fachärzte für Orthopädie und Unfallchirurgie

26. - 29.10.2010, Berlin

Untersuchung der Osteoklasten-Biomaterial-Interaktion mittels fokussierten Ionenstrahls

Meeting Abstract

  • T. Habijan - BG Universitätsklinikum Bergmannsheil, Chirurgische Klinik, Chirurgische Forschung, Bochum, Germany
  • T. Simon - Institut für Werkstoffe/Ruhr-Universität Bochum, Lehrstuhl für Werkstoffwissenschaft, Bochum, Germany
  • G. Eggeler - Institut für Werkstoffe/Ruhr-Universität Bochum, Lehrstuhl für Werkstoffwissenschaft, Bochum, Germany
  • G. Muhr - Berufsgenossenschaftliche Kliniken Bergmannsheil, Chirurgische Klinik und Poliklinik, Bochum, Germany
  • M. Köller - BG Universitätsklinikum Bergmannsheil, Chirurgische Klinik, Chirurgische Forschung, Bochum, Germany

Deutscher Kongress für Orthopädie und Unfallchirurgie. 74. Jahrestagung der Deutschen Gesellschaft für Unfallchirurgie, 96. Tagung der Deutschen Gesellschaft für Orthopädie und Orthopädische Chirurgie, 51. Tagung des Berufsverbandes der Fachärzte für Orthopädie. Berlin, 26.-29.10.2010. Düsseldorf: German Medical Science GMS Publishing House; 2010. DocEF19-215

DOI: 10.3205/10dkou065, URN: urn:nbn:de:0183-10dkou0651

Veröffentlicht: 21. Oktober 2010

© 2010 Habijan et al.
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Gliederung

Text

Fragestellung: Die Korrosion orthopädischer Implantate ist ein relevantes klinisches Problem. Es wurde postuliert, dass Osteoklasten für Korrosion und Versagen explantierter Nickel-Titan-Formgedächtnislegierungen (NiTi-FGL)-Implantate verantwortlich seien könnten. Zusätzlich besteht die Gefahr einer möglichen Freisetzung von Nickel-Ionen aus NiTi-FGL (50 at.-% Ni / 50 at.-% Ti). Die Titandioxidschicht bildet eine Barriere gegen die Freisetzung von Nickel-Ionen. Daher ist die Integrität der Oberflächenschicht von entscheidender Bedeutung für die Biokompatibilität von NiTi-FGL. Knochenresorbierende Osteoklasten sezernieren lokal hohe Konzentrationen an HCl und könnten so Metalloberflächen korrodieren. Osteoklasten adhärieren während des Knochenumbaus auch auf vorhandenen Implantatoberflächen. In Folge wäre eine lokale, Osteoklasten-vermittelte Zerstörung der passivierenden TiO2 Schicht möglich.

Methodik: Osteoklasten wurden aus humanen PBMCs durch Zugabe von Dexamethason, M-CSF (macrophage colony-stimulating factor), RANKL (receptor activator of NF-κB ligand) und TGF-β1 (transforming growth factor-β1) differenziert. Die Osteoklasten wurden für acht Wochen sowohl auf Calciumphosphat beschichteten Glasplättchen (positiv Kontrolle) als auch auf NiTi-FGL Proben kultiviert. Die Grenzfläche zwischen Osteoklast und Substrat wurde mittels Fokussiertem Ionenstrahl (FIB) dargestellt und rasterelektronenmikroskopisch analysiert. Die Nickel-Konzentration im Zellkulturmedium wurde mittels Atomabsorptionsspektroskopie quantifiziert.

Ergebnisse und Schlussfolgerungen: PBMCs wurden erfolgreich zu Calciumphosphat resorbierenden Osteoklasten differenziert. Die Grenzfläche zwischen Osteoklast und Substrat konnte mittels FIB erfolgreich dargestellt werden. Rasterelektronenmikroskopisch wurden keine Anzeichen für eine Korrosion der NiTi-FGL Proben gefunden. Die Nickelfreisetzung der mit Osteoklasten besiedelten NiTi-FGL Proben (18,3±14,8 µg/L) war im Vergleich zu den ohne Osteoklasten besiedelten Proben (28,3±23,9 µg/L) nicht erhöht.

Der Einsatz der fokussierten Ionenstrahlung ermöglicht die Untersuchung der Zell-Biomaterial-Interaktion direkt an der Zell/ Implantatgrenzfläche. Unter den experimentellen Bedingungen induzieren Osteoklasten keine Korrosion von NiTi-FGL.