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Einfluss von Peressigsäure-Ethanol Sterilisation auf die biomechanischen Eigenschaften humaner spongiöser Knochentransplantate
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Authors
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J. Rauh
- Universitätsklinikum Carl Gustav Carus, Klinik und Poliklinik für Orthopädie, Dresden, Germany
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F. Despang
- Technische Universität Dresden, Max Bergmann Zentrum für Biomaterialien, Dresden, Germany
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M. Gelinsky
- Technische Universität Dresden, Max Bergmann Zentrum für Biomaterialien, Dresden, Germany
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A. Pruss
- Charité-Universitätsmedizin Berlin, Abteilung Transfusionsmedizin, Berlin, Germany
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K.-P. Günther
- Universitätsklinikum Carl Gustav Carus, Klinik und Poliklinik für Orthopädie, Dresden, Germany
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M. Stiehler
- Universitätsklinikum Carl Gustav Carus, Klinik und Poliklinik für Orthopädie, Dresden, Germany
| Published: | October 15, 2009 |
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Fragestellung: Die chemische Sterilisation allogenen Knochenmaterials unter Verwendung von Peressigsäure ist als effektive Methode etabliert (Pruss A, et al. Biologicals. 2001;29(2):59-66.). Unsere Forschungsgruppe beschäftigt sich mit der Vitalisierung allogener Spongiosa mittels mesenchymaler Stammzellen (Stiehler M, et al. Abstraktbuch, Deutscher Kongress für Orthopädie und Unfallchirurgie. 2007, 2008.) zur Behandlung periprothetischer Knochendefekte. Im Rahmen dieser Studie soll der Einfluss von Peressigsäure-Ethanol Sterilisation (PES) in Kombination mit Chloroform-Methanol Entfettung auf die biomechanischen Eigenschaften allogener Spongiosaproben untersucht werden.
Methodik: Spongiosa-Zylinder (N=48, Ø 10xH15 mm) wurden aus den proximalen Tibiae von N=4 Spendern (1 x weiblich, Spenderalter: 22, 43, 44 und 50 Jahre) standardisiert post mortem entnommen. Mit 1% Peressigsäure, 24% Ethanol und anschließender Chloroform-Methanol Entfettung behandelte, gefriergetrocknete (n=24) und unbehandelte (n=24) Proben wurden vor der Testung für 24 h in 0,9% NaCl-Lösung bei Raumtemperatur inkubiert.
Es erfolgte eine uni-axiale Kompression der Proben (Instron Wolpert 5566 Materialprüfmaschine, 10 kN Prüfrahmen). Die Messungen wurden mit einer Geschwindigkeit von 0,07 mm/s durchgeführt, was einer konstanten Stauchungsrate von 0,5%/s entspricht. Die maximale Druckspannung σ = F/A und das die Materialsteifigkeit beschreibende Elastizitätsmodul E = Δσ/Δε, mit ε = Dehnung (Änderung der Länge/ursprüngliche Länge), wurden aus Spannungs-Dehnungs-Diagrammen berechnet. Die Bestimmung des Feuchtgewichtes der Proben vor der Testung erfolgte zur Berechnung der Materialdichte = Masse/Volumen.
Ergebnisse und Schlussfolgerungen: Die unbehandelten Proben wiesen eine durchschnittliche maximale Druckspannung von 5,9 ± 0,7 MPa auf. Linde und Hvid beobachteten mit 5,3 MPa vergleichbare Werte (Linde F, Hvid I. J Biomech. 1989;90.). Die PES-behandelten Proben zeigten eine Reduktion der maximalen durchschnittlichen Druckspannung auf 43% (2,5 ± 0,4 MPa, p<0,0001). Der Mittelwert des E-Moduls der unbehandelten und PES-behandelten Proben lag bei 246,6 ± 24,6 MPa versus 77,8 ± 9,9 MPa (p<0,0001). Dies entspricht einer durchschnittlichen Minderung der Steifigkeit auf 32% im Vergleich zur unbehandelten Probe. Nach PES-Sterilisation und Entfettung wurde eine Reduktion der Dichte der behandelten Proben um circa 50% beobachtet.
Peressigsäure-Ethanol Sterilisation in Kombination mit Chloroform-Methanol Entfettung führt zu einer Minderung der Druckfestigkeit und Erhöhung der Elastizität von humaner Spongiosa. Diese biomechanischen Eigenschaften sind, in Anbetracht der viel versprechenden klinischen Ergebnisse PES-behandelter allogener Spongiosa-Transplantate (Pruss A, et al. Cell Tissue Bank. 2002;3(4):235-43.; Putzier M, et al. Eur Spine J. (in press).) für ein knöchernes Remodeling erwünscht.
