Artikel
Entwicklung eines intramedullären Keramiknagels als MRT-kompatibles Frakturenmodell bei der Maus
Suche in Medline nach
Autoren
-
Nina Schmitz
- Universitätsklinikum Münster, Unfall-, Hand- und Wiederherstellungschirurgie, Münster, Germany
-
Melanie Timmen
- Klinik für Unfall-, Hand- und Wiederherstellungschirurgie, Institut für Experimentelle Muskuloskelettale Medizin (IEMM), Universitätsklinikum Münster, Münster, Germany
-
Verena Hoerr
- Radiologie, Münster, Germany
-
Romano Matthys
- 3RISystem AG, Davos, Switzerland
-
Katharina Kostka
- Klinik für Unfall-, Hand- und Wiederherstellungschirurgie, Institut für Experimentelle Muskuloskelettale Medizin (IEMM), Universitätsklinikum Münster, Münster, Germany
-
Michael J. Raschke
- Universitätsklinikum Münster, Klinik für Unfall-, Hand- und Wiederherstellungschirurgie, Münster, Germany
-
Richard Stange
- Universitätsklinikum Münster, Unfall-, Hand- und Wiederherstellungschirurgie, Münster, Germany
| Veröffentlicht: | 5. Oktober 2015 |
|---|
Gliederung
Text
Fragestellung: Die Frakturheilung ist Gegenstand intensiver Forschung. Ein etabliertes Frakturheilungsmodell bei der Maus ist eine Femurfraktur mit operativer Stabilisierung durch intramedulläre Kraftträger wie eine Kanüle oder der MouseScrewTM (Fa. RISystem AG). Biomechanik, Histomorphologie und Immunohistochemie können mit diesem Modell gut untersucht werden. Dynamische Prozesse wie Angiogenese und Inflammation lassen sich schwieriger darstellen, hier bietet die Magnetresonanztomographie (MRT) neue Untersuchungsmöglichkeiten in Visualisierung und Quantifizierung. Bis jetzt war dies aufgrund der Artefakte von Metallimplantaten bei der Frakturheilung jedoch nicht möglich. Im Rahmen dieses Forschungsprojektes wurde nun erstmals ein Keramiknagel entwickelt, mit dem es möglich sein soll, die dynamischen Prozesse im Verlauf der Frakturheilung bei einliegendem intramedullärem Nagel mit MRT zu untersuchen.
Methodik: Biomechanik: Für die Untersuchung der Materialeigenschaften verglichen wir den Keramiknagel (ceramic MouseScrewTM; RISystem AG) mit der etablierten MouseScrewTM und einer Kanüle (23G) im 3-point-bending Test.
Rasterelektronenmikroskop (REM): Die Oberfläche der 3 Implantate wurde nativ sowie in Zellkultur mit Osteoblasten in vitro untersucht.
MRT: Wir verfolgten longitudinal die Kallusbildung mit MRT und entwickelten ein MRT-Protokoll um Prozesse wie Angiogenese, Inflammation und Regeneration von Weichteilgewebe in vivo darzustellen. Es wurden Gradientenecho-, UTE- und Spinechosequenzen für einen besseren Knochengewebekontrast optimiert. Auch ein gagCEST (glycosaminoglycan chemical exchange saturation transfer) Protokoll ist durchgeführt worden, welches ermöglicht die Knorpelbildung der Frakturheilung im MRT darzustellen.
Abbildung 1 [Abb. 1].
Ergebnisse und Schlussfolgerung: Der 3-point-bending Test ergab eine max. Last von 24,9N für den Keramiknagel. Dies war vergleichbar mit der MouseScrewTM (19,3N) und der Kanüle (29,3N). Die Rigidität des Keramiknagels war größer im Vergleich zu den Metallimplantaten (153,2N/mm; MouseScrew: 52,9N/mm, Kanüle: 92,7N/mm).
Die Oberflächen des Keramiknagels und der MouseScrewTM unterschieden sich im REM nicht.
Knochengewebe und Implantat konnten im MRT klar voneinander unterschieden werden ohne Artefakte. Ein progressiver Heilungsprozess mit Kallusbildung konnte über 4 Wochen in denselben Tieren gezeigt werden.
Bei gleicher Stabilität wie die Metallimplantate erlaubte der Keramiknagel zudem wiederholte MRT-Untersuchungen in vivo zur Darstellung der Morphologie und dynamischer Prozesse im selben Tier. So könnte dieses Modell in Zukunft helfen, die Anzahl der benötigten Versuchstiere zu reduzieren.
