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Entwicklung und in vitro-Untersuchungen eines biologisch abbaubaren Knochen-Adhäsivs
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Authors
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C. Heiss
- Universitätsklinikum Gießen-Marburg, Standort Gießen, Unfallchirurgie, Gießen, Germany
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R. Kraus
- Justus-Liebig-Universität, Unfallchirurgie, Gießen, Germany
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W. Henn
- Curasan AG, Kleinostheim, Germany
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F. Peters
- Curasan AG, Kleinostheim, Germany
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M. Schnabelrauch
- Innovent e.V., Bereich Biomaterialien, Jena, Germany
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R. Schnettler
- Universitätsklinikum Gießen-Marburg, Standort Gießen, Klinik und Poliklinik für Unfallchirurgie, Gießen, Germany
| Published: | October 15, 2009 |
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Fragestellung: Die Verklebung von Knochenfragmenten nach Frakturen mit einem resorbierbaren Knochenklebstoff ist eine große Herausforderung, die noch zu lösen ist. Verklebungsversuche mit Gewebeklebstoffen geringer Haftfestigkeit bzw. ungeklärtem Resorptionsverhalten wie beispielsweise Fibrin oder Cyanoacrylaten zeigten begrenzt gute Resultate. Potentiell resorbierbare Knochenklebstoffe wurden im Vorfeld entwickelt, jedoch nicht in die Klinik eingeführt. Auf der Basis verschiedener radikalisch polymerisierbarer Monomerkomponenten in Kombination mit biologisch abbaubaren Polyestern sollte ein biokompatibler, resorbierbarer Knochenadhäsiv entwickelt werden, der sich durch stabile Verklebungen auszeichnet.
Methodik: Im Zuge der Entwicklung des radikalisch polymerisierbaren und resorbierbaren Knochenadhäsivs wurde ein Methacrylat-modifiziertes Dianhydro-D-glucitol-oligo-L-lactid eingesetzt. Als Füllstoff diente feinstes poröses β-Tricalciumphosphat (Cerasorb®) Granulat, auf dem ein Radikalstarter (Dibenzoylperoxid) und ein Zerfallsbeschleuniger (N,N-Dihydroxyethyl-p-toluidin) immobilisiert wurden. Daneben wurden zur Steuerung der Verklebungszeit, Haftfestigkeit und der Resorbierbarkeit weitere organische und anorganische Komponenten zugefügt. Die Immobilisierung des Initiators und Beschleunigers in den Poren des Füllstoffs war ein erfolgversprechender Weg zur Einstellung der Polymerisationsgeschwindigkeit und der Verarbeitungszeit, die unter Einbeziehung aller Variablen untersucht wurde.
Weiterhin wurde der Einfluss eines reaktiven Verdünners (Milchsäureethylestermethacrylat) auf die Biokompatibilität, Resorbierbarkeit und Haftfestigkeit ermittelt.
Das verwendete Tricalciumphosphat diente der Pufferung entstandener Milchsäure zur Unterdrückung eventueller osteolytischer Vorgänge im umgebenden Knochenmaterial. Zusätzlich enthält die Mischung Natriumhydrogencarbonat, das im wässrigen Milieu des Körpers schnell gelöst wird und für eine zusätzliche Porenbildung und leichtere Besiedlung durch Knochenzellen sorgt.
Ergebnisse und Schlussfolgerungen: Die Aushärtezeit konnte mittels verschiedener Modifikationen auf 2–3 Minuten eingestellt werden, so dass dem Anwender der geforderte Zeitrahmen bei einer Verklebung von Knochenfragmenten verbleibt. Biomechanischen Eigenschaften (Druck- und Zugscherfestigkeit) an Modell- und Kadaverknochen wurden gemessen.
Untersuchungen zur Resorption/Degradation des Komposits und der biologischen Verträglichkeit aller bei der Polymerisation und dem Abbau entstehenden Stoffe sind in die Entwicklung mit eingeflossen.
Die gemäß DIN EN ISO 10993-1 ff. erforderlichen in vitro Untersuchungen zur Biokompatibilität, Toxizität, Genotoxizität, Kanzerogenität und Sensibilisierung zeigen ein in biologischen Systemen gut verträgliches Produkt.
Die bisher vorliegenden experimentellen in vitro Ergebnisse zeigen, dass ein bezüglich der Handhabung, der mechanischen Eigenschaften sowie der biologischen Verträglichkeit (Biokompatibilität) geeignetes Klebstoffsystem entwickelt werden konnte.
