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Deutscher Kongress für Orthopädie und Unfallchirurgie (DKOU 2012)

23.10. - 26.10.2012, Berlin

Biomechanische und histologische Untersuchung zum Einwachsverhalten von Titanimplantaten mit einer neuartigen Kalzium-Titanat Oberfläche

Meeting Abstract

  • presenting/speaker Tobias Lindner - Universitätsmedizin Rostock, Orthopädische Klinik, Rostock, Germany
  • Maximilian Haenle - Universitätsmedizin Rostock, Orthopädische Klinik, Rostock, Germany
  • Martin Ellenrieder - Universitätsmedizin Rostock, Orthopädische Klinik, Rostock, Germany
  • Hanna Schell - Charite Universitätsmedizin Berlin, Julius Wolff Institut, Berlin, Germany
  • Manfred Willfahrt - Merete Medical GmbH, Berlin, Germany
  • Wolfram Mittelmeier - Universitätsmedizin Rostock, Orthopädische Klinik, Rostock, Germany
  • Rainer Bader - Universitätsmedizin Rostock, Orthopädische Klinik, Rostock, Germany

Deutscher Kongress für Orthopädie und Unfallchirurgie (DKOU 2012). Berlin, 23.-26.10.2012. Düsseldorf: German Medical Science GMS Publishing House; 2012. DocPO14-473

DOI: 10.3205/12dkou557, URN: urn:nbn:de:0183-12dkou5573

Published: October 2, 2012

© 2012 Lindner et al.
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Outline

Text

Fragestellung: In Deutschland werden jährlich ca. 350.000 künstliche Hüft- und Knie-Gelenke implantiert. Um die Standzeit zu erhöhen und somit die Revisionsrate zu verringern, werden die Implantate mit Oberflächenbeschichtungen versehen. Hierbei stehen unterschiedliche Eigenschaften der Oberfläche im Vordergrund. Bei zementfrei zu implantierenden Endoprothesen, sind bioaktive Oberflächenmodifikationen für eine schnelle und dauerhafte knöcherne Integration der Implantate von Vorteil. Klassische Calciumphosphat-Beschichtungen bergen das Risiko, dass sie sich vom Implantatkörper ablösen können. Bei der chemischen Umwandlung der Oberfläche von Titan-Implantaten zu Kalzium-Titanat ist dies ausgeschlossen [1], [2]. Ziel der tierexperimentellen Untersuchung war es, das Einwachsverhalten von Implantaten aus TiAl6V4 mit einer Kalzium-Titanat-Oberfläche, im Vergleich zu einer herkömmlich gestrahlten Oberfläche, biomechanisch und histologisch zu charakterisieren.

Methodik: Dafür wurde ein Defekt-Spalt-Modell im Kaninchen herangezogen [3], bei dem jeweils ein zylindrisches Titanimplantat, mit und ohne Oberflächenbehandlung, von medial in die Femurkondylen von New Zealand Kaninchen implantiert wurde. Das Implantat war an einer Seite abgeflacht und mit einer Rillenstruktur versehen als Referenzfläche für das knöcherne Einwachsverhalten. Nach einer Standzeit von 4, 12 oder 36 Wochen wurden an insgesamt 37 Tieren die Femurkondylen beidseits explantiert. An 25 Probenpaaren wurden anschließend die Abzugskräfte der Implantate im axialen Zugversuch ermittelt. Des Weiteren wurden an 12 Tieren histologische und histomorphometrische Untersuchungen der knöchernen Implantatintegration durchgeführt.

Ergebnisse und Schlussfolgerungen: Die Abzugskräfte für unbehandelte und oberflächenmodifizierte Implantate stiegen mit zunehmender Standzeit an. Nach 4 Wochen zeigte sich kein signifikanter Unterschied der Abzugskraft in den beiden Gruppen (11,0 N ±4,8 für unbehandelte und 12,5 N ±6,3 für Implantate mit Kalzium-Titanat Oberfläche). Nach 12 Wochen zeigte die Kalzium-Titanat-Gruppe (28,2 N ±10,9) eine signifikant (p<0,04) höhere Abzugskraft im Vergleich zu den unbehandelten Implantaten (16,9 N ±7,5). Nach 36 Wochen waren die Auszugkräfte in beiden Gruppen höher als nach 4 und 12 Wochen. Der Unterschied zwischen den unbehandelten (38,9 N ±18,9) und oberflächenmodifizierten Implantaten (49,6 N ±18,8) war jedoch nicht signifikant. Die histologische Untersuchung zeigte für beide Implantattypen keine pathologischen Veränderungen im Sinne von Infektionen oder Fremdkörperreaktionen. Histomorphometrisch konnte eine größere Anwachsfläche mit steigender Standzeit der Implantate bei beiden Oberflächen beobachtet werden.

Im Kaninchenmodell konnte gezeigt werden, dass Kalzium-Titanat-Oberflächen das Einwachsverhalten von Titanimplantaten verbessern. Derartige Implantatoberflächen könnten zukünftig auf zementfrei im Knochen zu verankernden Dauerimplantaten eingesetzt werden und die Implantatintegration begünstigen.


Literatur

1.
Ploska U, Berger G, Willfahrt M. A New Procedure of a Calcium-Coating on Implants of Titanium Alloy. Key Engineering Materials. 2004.
2.
Ploska U, Berger G, Jörn D, Willfahrt M, Hackbarth A. Calcium Titanate Reaction Layers on TiAl6V4 implants. Key Engineering Materials. 2008.
3.
Schmitz HJ. Optimierung der Oberfläche enossaler Implantate mit Excimer-Laser [Habilitationsschrift]. 1991.