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Fragestellung: Magnesium als körpereigenes biodegradierbares Element ist ein aussichtsreiches Biomaterial zur Herstellung temporärer Implantate. Hauptproblem können bei der Korrosion des Materials freigesetzte Elemente sein, die die Biokompatibilität und ggf. auch Funktionalität der Implantate negativ beeinflussen können. Die Analyse der immunologischen Reaktionen ist somit vor einem möglichen klinischen Einsatz essentiell.

Ziel dieser Studie war es daher ein durchflusszytometrisches Analyse-Panel zur Charakterisierung der Immunreaktion auf implantierte Biomaterialien in einem gängigen Tiermodell zu etablieren und die Fremdkörperantwort auf permanente und degradierbare Materialien zu vergleichen.

Methodik: Implantate (Durchmesser 0,8cm, Dicke 2mm) aus PEEK, Polystyrene (PS) sowie Magnesium (Mg) wurden in den M. gluteus weiblicher, 12 Wochen alter Lewis-Ratten (n=108) implantiert. Nach 1,3,7,14,21 und 28 Tagen (je n=6/Material) wurden die Tiere getötet und 200 µl Blut, die Milz sowie die Kapsel um die Implantate entnommen und Einzelzellsuspensionen präpariert. Die Zellen wurden mit fluoreszenzmarkierten Antikörpern gegen CD45, CD3, CD4, CD8, HIS48, HIS36 und CD11b/c gefärbt und im Durchflusszytometer analysiert. Die statistische Auswertung erfolgte mittels 2 faktorieller ANOVA Analyse sowie mittels Mann-Whitney-U-Test.

Ergebnisse und Schlussfolgerung: Die Magnesiumimplantate zeigten beginnend von Tag 1 eine fortschreitende Korrosion, waren aber auch nach 28 Tagen noch vollständig erhalten. In der Kapsel waren in PS nach 3 und 7 Tagen signifikant mehr Leukozyten (CD45+) im Vergleich zu PEEK und Mg. In allen Gruppen war der Anteil an Granulozyten (CD45+CD3-His48+) an Tag 1 am höchsten, fiel dann signifikant bis Tag 7 ab und blieb konstant. Der Anteil an Makrophagen (CD45+CD3-HIS48+HIS36+) und zytotoxischen T-Zellen (CD45+CD3+CD8+) stieg signifikant von Tag 1 zu Tag 7 an und blieb dann konstant. T-Helferzellen (CD45+CD3+CD4+) in Mg und PS stiegen signifikant von Tag 1 zu Tag 28 an. Insgesamt war die Zahl der T-Helferzellen in Mg höher im Vergleich zu beiden anderen Gruppen. Im Blut sowie der Milz zeigten sich weder über die Zeit noch zwischen den Materialien signifikante Unterschiede.

Die Durchflusszytometrie ist ein geeignetes Werkzeug die Fremdkörperreaktion auf implantierte Biomaterialen und damit deren Biokompatibilität im Rattenmodell zu untersuchen. Die Ergebnisse in Blut und Milz weisen auf eine gute systemische Biokompatibilität aller getesteten Materialien hin. Lokal zeigten sich wie erwartet eine erhöhte Immunreaktionen in der PS Gruppe im Vergleich zu PEEK und Mg. Die beobachtete Korrosion des Mg zeigte keinen negativen Einfluss auf die Biokompatibilität im Sinne einer alterierten Immunreaktion, wobei die Ursache und Bedeutung der leicht erhöhten T-Helferzellfraktion bei Mg-Implantaten im Vergleich zu PS und PEEK noch weiter untersucht werden müssen. In zukünftigen Studien sollen außerdem der Einfluss von Beschichtungen oder Mg-Legierungen auf die Fremdkörperreaktion untersucht werden.