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Graphen eingebettet in Polyethylen – ein neuer Gleitpartner in der Endoprothetik ? – Biokompatibilitätsanalyse
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Autoren
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Dirk Heinrich
- Universitätsklinikum Freiburg, Muskuloskelettales Forschungslabor, Freiburg, Germany
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Hermann O. Mayr
- OCM Klinik, Orthopädische Chirurgie München, München, Germany
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Rolf Muelhaupt
- Universität Freiburg, Institut für Makromolekulare Chemie, Freiburg, Germany
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Norbert Südkamp
- Universität Freiburg, Department Orthopädie und Traumatologie, Freiburg, Germany
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Anke Bernstein
- Universitätsklinikum Freiburg, Muskuloskelettales Forschungslabor, Freiburg, Germany
| Veröffentlicht: | 23. Oktober 2013 |
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Gliederung
Text
Fragestellung: Das Polyethylen als Gleitwerkstoff ist der meistverwendete Werkstoff für den Gelenkflächenersatz. Das Hauptaugenmerk bei der Entwicklung liegt auf der Verbesserung des Abriebverhaltens von Polyethylen. Graphene sind als sind als Komponenten für Polymernanokomposite hochinteressant.
Zentrales Ziel des Vorhabens ist, zu prüfen, ob das Kompositmaterial bestehend aus ultrahochmolekularem Polyethylen und Graphen zu einer Verbesserung des Gleitpartners Polyethylen in der Endoprothetik führen kann. Die Beeinflussung von osteoblastenähnlichen Zellen durch funktionalisierte Graphene ist für die Burteilung der Bekompatibilität entschiedend.
Methodik: Es wurden zwei verschiedene Suspensionen (Medium und Wasser) von funktionalisierten Graphenen in den Konzentrationen 0,01 µg/ml, 1 µg/ml, 10 µg/ml und 100 µg/ml hergestellt. Das In-vitro-Verhalten wurde mittels der Zellkulturlinie MG63 (ATCC) getestet. Dazu dienten Morphologieuntersuchungen. Eine mögliche Inkorporation der Graphene in die Zellen wurde mittels ESEM analysiert. Folgende biochemischen Tests wurden durchgeführt: LDH, BCA, AP, Live/Dead Assay. Zusätzlich wurden immunhistochemisch charakteristische osteogene Marker (Kollagen Typ I, AP, BON I, Osteonectin) zu unterschiedlichen Zeitpunkten (3, 7, 10, 14 Tage) bestimmt.
Statistische Analyse: T-Test, Mann-Whitney-U-Test, Wilcoxon-Test mit statistischer Signifikanz p<0.05
Ergebnisse: Die Graphene wurden nicht von den Zellen aufgenommen. Die Morphologie der Zellen blieb unverändert. Es kam zu keiner Erhöhung der LDH Aktivität. Nur die hohen Konzentrationen 10 µg/ml und 100 µg/ml führten zu einer Reduktion der Zellzahlen. Dabei bliebjedoch die Expression der osteogenen Marker unverändert.
Schlussfolgerungen: Funktionalisierten Graphene weisen keine Zytotxizität auf und werden nicht von den Zellen aufgenommen. Insgesamt zeigen funktionalisierte Graphene eine gute Biokompatibilität. Sie sind als Füllstoffe für UHMWPE zur Verbesserung Gleitpaarung in der Endoprothetik geeignet.
