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Deutscher Kongress für Orthopädie und Unfallchirurgie (DKOU 2012)

23.10. - 26.10.2012, Berlin

RGD/BMP2- und RGD/BMP4- funktionalisierte ultradünne Hydrogelbeschichtungen zur Verbesserung der Integration von Knochenimplantaten

Meeting Abstract

  • presenting/speaker Carl Neuerburg - Orthopädische Universitätsklinik Ulm, Aktuell: Chirurgische Klinik Innenstadt, LMU München, München, Germany
  • Stefan Recknagel - Institut für Unfallchirurgische Forschung und Biomechanik, Universität Ulm, Ulm, Germany
  • Jörg Fiedler - Orthopädische Universitätsklinik Ulm, Sektion Biochemie der Gelenks- und Bindegewebserkrankungen, Ulm, Germany
  • Jürgen Groll - RWTH-Universität Aachen, DWI e.V., Aktuelle Adresse: Universität Würzburg, Muskuloskelettales Zentrum - Funktionswerkstoffe der Medizin, Würzburg, Germany
  • Heiko Reichel - Orthopädische Universitätsklinik Ulm, Ulm, Germany
  • Anita Ignatius - Institut für Unfallchirurgische Forschung und Biomechanik, Universität Ulm, Ulm, Germany
  • Rolf Brenner - Orthopädische Universitätsklinik Ulm, Sektion Biochemie der Gelenks- und Bindegewebserkrankungen, Ulm, Germany

Deutscher Kongress für Orthopädie und Unfallchirurgie (DKOU 2012). Berlin, 23.-26.10.2012. Düsseldorf: German Medical Science GMS Publishing House; 2012. DocGR11-921

DOI: 10.3205/12dkou423, URN: urn:nbn:de:0183-12dkou4236

Published: October 2, 2012

© 2012 Neuerburg et al.
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Fragestellung: Die insuffiziente Osteointegration ist einer der Hauptgründe für ein vorzeitiges Versagen orthopädisch-unfallchirurgischer Implantate. Eine neuartige, ~30nm dicke Hydrogelbeschichtung bestehend aus sternförmigen Polyethylenglykol-basierten NCO-sP(EO-stat-PO) Monomeren (SPEG), welche eine unspezifische Proteinadsorption unterdrückt und selektiv mit Zelladhäsionsmotiven oder anderen Biofaktoren augmentiert werden kann, zeigte unter in vitro Bedingungen vielversprechende Effekte. Ziel der vorliegenden Arbeit war die Untersuchung der Biokompatibilität und Funktionalität von Implantaten mit RGD-, RGD/BMP2- bzw. RGD/BMP4- modifizierten SPEG-Hydrogelbeschichtungen im Kleintiermodell.

Methodik: Für die Untersuchung wurden 15 männliche Wistar-Ratten verwendet. Diesen wurden scheibenförmige Polyethylen-Implantate subcutan (s.c.) in das paravertebrale Gewebe, sowie weitere zylindrische Polyethylen-Implantate transcortical, bilateral in die proximale Tibia und das distale Femur implantiert. Die 5 Versuchsgruppen bestanden aus nativen Implantaten, SPEG-Beschichtung ohne und mit RGD sowie RGD/BMP2- bzw. RGD/BMP4-Funktionalisierung. Während der 21-tägigen Versuchsdauer wurde eine Laser-Doppler-Blutflußmessung der s.c. Implantate durchgeführt. Nach der Euthanasie erfolgten biomechanische (Ausstoß-Test), immunhistochemische (CD68 Antigen, Il1-ß, TNF-alpha), histomorphometrische und µ-CT Analysen. Von jeder Versuchsgruppe wurden jeweils 6 Proben untersucht und mittels Levene-Test und t-Test statistisch ausgewertet.

Ergebnisse und Schlussfolgerungen: In der Blutflußmessung wurde zum Versucheende eine gleichartige Perfusion im Bereich der s.c. Proben aller Versuchstiere detektiert. Es zeigte sich eine signifikante Zunahme des Knochenvolumen (BV) im Implantatlager der RGD/BMP-2- und RGD/BMP-4-augmentierten Implantate, begleitet von einer höheren mittleren Ausstoßkraft, sowie Reduktion der Dicke der peri-implantären fibrösen Kapsel gegenüber den Nativproben. Ebenso zeigte sich eine signifikante Zunahme des BV der BMP-4 und eine signifikante Zunahme der Knochenoberfläche und Trabekelanzahl der BMP-2-augmentierten Hydrogele gegenüber den nur mit Zelladhäsionsmotiven SPEG-RGD modifizierten Implantaten. Mittels immunhistochemischer Färbung des s.c. Implantatlagers konnte keine Makrophagen-/Monozytenzunahme oder gesteigerte IL1-ß bzw. TNF-alpha-Expression bei den oberflächenbeschichteten Proben im Vergleich zu den Nativ-Proben ermittelt werden. Zusammenfassend wurde eine gute Biokompatibilität der SPEG-beschichteten Implantate ohne verstärkte Inflammationsinduktion nachgewiesen. Ergänzend RGD/BMP2- und RGD/BMP4-modifizierte Implantate zeigten zudem eine verbesserte Implantatintegration. Die in vitro nachgewiesenen Eigenschaften von RGD- funktionalisierten SPEG-Beschichtungen wie reduzierte bakterielle Adhärenz und verbesserte Adhäsion osteogener Zellen könnten somit in Kombination mit osteoinduktiven Wirkungen von BMP2/4 eine effektive Methode darstellen, die Osteointegration von Implantaten nachhaltig zu verbessern.