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Fragestellung: Auf Polymethylmethacrylat (PMMA) basierende Knochenzemente werden weltweit zur Verankerung von Endoprothesen mit Erfolg eingesetzt. Zur weiteren Verbesserung der Standzeiten wird seit Jahrzehnten an einer Bioaktivierung zur Optimierung der Anbindung an den Knochen geforscht. Mit dieser Studien soll ein neuartiger bioaktiver Knochenzement auf der Basis von PMMA in vivo am Tiermodell und in vitro mittels FEM-Analyse untersucht werden.

Methodik: Der zu testende neuartige PMMA-Knochenzement erreichte in Vorversuchen eine in vitro gesicherte Bioaktivierung durch Zugabe geringer Mengen eines Monomers (2,5% HEMA-P) ohne Veränderung der mechanischen Eigenschaften. Zur in vivo Untersuchung wurden 36 NZW-Kaninchen in 6 Gruppen unterteilt. Um den Zement unter Belastung zu testen wurde am mittleren Femur eine Spacer-Prothese einzementiert. Zusätzlich wurde an der proximale Tibia eine Zementplombe eingebracht. An 4 Gruppen (3 Varianten des bioaktiven Zements vs. 1 Referenzzement) wurden Kurzzeitversuche über 3 Monate hinweg durchgeführt. Zusätzlich erfolgten Langzeitversuche (1 bioaktiver Zement vs. 1 Referenzzement) mit einer Laufzeit von 7 Monaten. Die Bestimmung der Bioaktivität erfolgte histologisch an Schliffpräparaten unter Berechnung des bone affinity Index (Fläche mit direktem Zement-Knochen-Kontakt / gesamte Zementoberfläche). Die statistische Auswertung erfolgte mit dem ANOVA und dem t-Test. Um die Ergebnisse besser interpretieren zu können wurde zusätzlich eine FEM-Analyse unter Rekonstruktion der Gegebenheiten im Tiermodell herangezogen.

Ergebnisse und Schlussfolgerung: In den Kurzzeitversuchen kam es zu keinem Versagen der Präparate bei signifikant höherer Bioaktivität des neuartigen Zements. Im Gegensatz dazu kam es bei den Langzeitversuchen zu 2 Versagern mit Ausbruch der Spacer-Prothese in der Gruppe des neuartigen Zements bei deutlich höherem bone affinity Index im Vergleich zum Referenzzement. Als Ursache hierfür konnte in den FEM-Analysen ein deutlicher Anstieg der Vergleichsspannung im Zement (50-116%) durch Simulation eines direkten Anwachsens des Zements an den Knochen nachgewiesen werden.

Mit diesem Tiermodell konnten die bioaktiven Eigenschaften dieses neuartigen Knochenzements in vivo bestätigt werden. Trotzdem kam es bei unveränderten mechanischen Eigenschaften zu einem Versagen des Zements. Somit kann festgestellt werden, dass bioaktive PMMA-Zemente für die Verankerung von Endoprothesen nicht geeignet sind, da durch das Anwachsen an den Knochen die Belastungen auf Dauer zu hoch werden. Knochenzemente aus PMMA brauchen eine Bindegewebsschicht im Interface, welche wie ein Stoßdämper fungiert.