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Deutscher Kongress für Orthopädie und Unfallchirurgie, 75. Jahrestagung der Deutschen Gesellschaft für Unfallchirurgie, 97. Tagung der Deutschen Gesellschaft für Orthopädie und Orthopädische Chirurgie, 52. Tagung des Berufsverbandes der Fachärzte für Orthopädie und Unfallchirurgie

25. - 28.10.2011, Berlin

Oberflächenmodifikation von Titanimplantaten durch Plasmachemische Oxidation verbessert die Osteointegration in einem Rattenmodell

Meeting Abstract

  • M. Diefenbeck - Friedrich-Schiller-Universität Jena, Klinik für Unfall-, Hand- und Wiederherstellungschirurgie, Jena, Germany
  • T. Mückley - Friedrich-Schiller-Universität Jena, Klinik für Unfall-, Hand- und Wiederherstellungschirurgie, Jena, Germany
  • S. Zankovych - Friedrich-Schiller-Universität Jena, Institut für Materialwissenschaften, Jena, Germany
  • J. Bossert - Friedrich-Schiller-Universität Jena, Institut für Materialwissenschaften, Jena, Germany
  • C. Schrader - Innovent e.V., Jena, Germany
  • U. Finger - Königsee Implantate GmbH, Allendorf, Germany

Deutscher Kongress für Orthopädie und Unfallchirurgie. 75. Jahrestagung der Deutschen Gesellschaft für Unfallchirurgie, 97. Tagung der Deutschen Gesellschaft für Orthopädie und Orthopädische Chirurgie, 52. Tagung des Berufsverbandes der Fachärzte für Orthopädie. Berlin, 25.-28.10.2011. Düsseldorf: German Medical Science GMS Publishing House; 2011. DocGR14-833

DOI: 10.3205/11dkou472, URN: urn:nbn:de:0183-11dkou4728

Published: October 18, 2011

© 2011 Diefenbeck et al.
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Fragestellung: Orthopädische Dauerimplantate sind auf eine frühe und feste Verankerung im Knochen angewiesen, um ein gutes klinisches Ergebnis zu erzielen. In der Vergangenheit waren verschieden Versuche unternommen worden, durch Beschichtungen die Osteointegration von Dauerimplantaten zu verbessern. Zu diesen Beschichtungstechniken zählen unter anderem Hydroxyapatit-Oberflächen, oft in Kombination mit Wachstumsfaktoren oder Bisphosphonaten.

Unser neuer Ansatz zur Verbesserung der Osteointegration ist die Oberflächenmodifikation des Titans mittels Plasmachemischer Oxidation (PCO). Durch diese wird auf der Implantatoberfläche eine ca. 5µm dicke Titanoxidschicht hergestellt, welche mit Fluor und Kalzium angereichert werden kann.

Methodik: Als Probeimplantate dienten Titan-Kirschnerdrähte (TiAl6V4-Legierung), Länge 10mm, Ø 0,8 mm. Bei zwei Gruppen wurde die Titanoberfläche durch PCO modifiziert:

[Ti]: Titan (Kontrolle): nicht-modifizierte TiAl6V4-Legierung

[bi]: bioinerte Modifikation: durch PCO modifiziertes Titan, glatte Oberfläche, nicht Fluor und Kalzium angereichert

[ba]: bioaktive Modifikation: durch PCO modifiziertes Titan, poröse Oberfläche, Fluor und Kalzium angereichert

In einem Tiermodell wurden pro Gruppe 16 Probeimplantate in die Tibiae bds. von Sprague-Dawley-Ratten implantiert. Die Standzeit der Tiere betrug 3 bzw. 8 Wochen. Jeweils 10 Implantate wurden biomechanisch durch Ausrissversuche (pull-out Tests) untersucht, 5 Implantate wurden histologisch ausgewertet. In der Biomechanik wurde die Maximalkraft ermittelt und daraus die Scherkraft (Fmax / Mantelfläche des Implantats) berechnet. Histologische Querschnitte wurden mit einliegendem Implantat angefertigt und in Masson-Goldner gefärbt. Mit Hilfe eines visuellen Auswertungssystems (Axiovision, Zeiss, Jena) wurden die neu-gebildete Knochenfläche und der Knochen-Implantat-Kontakt gemessen. Diese wurden jeweils in Prozentwerten bezogen auf die gesamte Meßfläche (Ring mit einem Durchmesser von 100µm um das Implantat) bzw. Umfang der Implantate angegeben.

Ergebnisse und Schlussfolgerungen: In den biomechnischen Ausrissversuchen nach 8 Wochen war die Scherkraft in der bioaktiven Gruppe mit 4,6 ± 0,4 (SEM) N / mm2 gegenüber der bioinerten Modifikation (1,4 ± 0,4 N / mm2) und der Titankontrollgruppe ( 0,4 ± 0,39 N / mm2) signifikant erhöht (Fisher´s least significant difference (LSD), 95.0% confidence level). In der Histologie war die Fläche des neu-gebildeten Knochens in den Gruppen nach 8 Wochen nicht unterschiedlich: [Ti]: 66,8 %, [bi]: 52, 8%, [ba]: 47,8 %.Der Implantat-Knochen-Kontakt nach 8 Wochen zeigte jedoch eine deutlich längere Kontaktstrecke der bioaktiven Modifikation mit 36, 2% des Implantatumfangs im Vergleich zur bioinerten Modifikation (23,55%) und zum Titan (15,5%).

Die bioaktive Oberflächenmodifikation durch PCO verbessert die Osteointegration von Titanimplantaten. Diesen Effekt möchten wir im Weiteren klinisch evaluieren.