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Bioaktive Oberflächenbeschichtungen zur Verbesserung der Osteointegration von Keramikimplantaten im Schafmodell
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Veröffentlicht: | 23. Oktober 2017 |
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Fragestellung: Zunehmende Erstimplantationen bei jüngeren Patienten, eine steigende Lebenserwartung und ein höherer Mobilitätsanspruch im Alter stellen besondere Anforderungen an die Langlebigkeit von Endoprothesen. Besonders bei jungen, aktiven Patienten ist der Einsatz von Gelenk-Gleitpaarungen mit geringen Abriebraten vorteilhaft. Neben hervorragenden tribologischen Eigenschaften ist Keramik bioinert und weist eine hohe Biokompatibilität auf. Eine zusätzliche Bioaktivität für den Einsatz im Bereich des Knochen-Implantat Interfaces ist für die Verbesserung der knöchernen Integration von großer Bedeutung. In dieser Studie werden dazu verschiedene, bioaktive Oberflächenbeschichtungen auf zylindrischen Keramikprobekörpern mit texturierter Mantelfläche im trabekulären Knochen des Schafes biomechanisch und histologisch analysiert.
Methodik: 20 adulte, weibliche Merino-Mix Schafe (>2,5 Jahre, Gewicht 76±7 kg) erhielten jeweils vier zylindrische Probekörper aus Keramik (Biolox Delta®,CeramTec GmbH, Lauf, Deutschland) mit texturierter Oberfläche (47 %, 200-500 µm Porengröße) in den trabekulären Knochen des proximalen und distalen linken Humerus sowie beider Femurkondylen press-fit implantiert. Untersucht wurden eine monolagige Multiphosphatierungsschicht (SL; Surf Link® Nano Bridging Molecules SA, Geneva, Schweiz), ein mittels Dip-Coating aufgetragenes 45S5 Bioglas (DipBG), ein 70S30C Bioglas aus dem Sol-Gel-Verfahren (SGBG; Biogläser hergestellt am Lehrstuhl Biomaterialien, Univ. Erlangen-Nürnberg), eine weitere Beschichtung, sowie eine unbeschichtete Kontrolle. Nach 12 Wochen Einheilungszeit wurden jeweils 40 Implantate einem biomechanischem Push-Out-Test (Maximalkraft, Haftscherfestigkeit, Reibspannung, Steifigkeit, Energiefreisetzungsrate des Bruchvorgangs, Arbeit bis zum Bruch) unterzogen sowie histologisch und -morphometrisch (Gewebereaktion, Integration, Knochendichte, Osteoid, Vaskularisierung) anhand von Schliffpräparaten (Giemsa-Färbung) untersucht. Die Ergebnisse der Beschichtungsgruppen wurden sowohl untereinander als auch mit der unbeschichteten Kontrollgruppe verglichen (ANOVA, post-hoc Dunnett's T3, Wilcoxon Test).
Ergebnisse und Schlussfolgerung: Über die Heilungszeit von 12 Wochen zeigte die raue, unbeschichtete Keramik eine signifikante Steigerung der Maximalkraft im Vergleich zur reinen press-fit Implantation am Kadaver (0 Wochen). Die verschiedenen bioaktiven Beschichtungen zeigten einen Einfluss auf die Osteointegration, die sich im Vergleich mit der Kontrolle jedoch nur begrenzt steigern ließ. Der Effekt, den die Texturierung der Oberfläche von Keramikimplantaten auf die Osteointegration hat erscheint bedeutender.