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Vergleich von Degradationsverhalten und umgebendem Knochenvolumen ZX00-basierter Magnesiumimplantate mit und ohne PEO-Oberflächenmodifikation im Minipigmodell
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Veröffentlicht: | 25. Oktober 2022 |
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Fragestellung: Magnesium besitzt durch seine Resorptionsfähigkeit, seine biomechanischen Charakteristika, aber auch seine osteostimulative Wirkung vielversprechende Eigenschaften als Osteosynthesematerial. Die Resorption von Magnesium setzt jedoch Wasserstoffgas frei, welches, wenn die freigesetzte Gasmenge die Resorptionsfähigkeit des lokalen Gewebes übersteigt, eine Behinderung der Knochenheilung zur Folge haben kann. Durch die Verwendung von Magnesiumlegierungen mit passivierenden Elementen wie WE43 und ZX00 lässt sich die Korrosionsgeschwindigkeit und somit die Wasserstoffgasfreisetzung reduzieren. Mit Oberflächenmodifikationen wie der plasmaelektrolytischen Oxidation (PEO) lässt sich das Degradationsverhalten in vitro weiter herabsetzen. Ziel dieser Studie war die Untersuchung von Degradationsverhalten und umgebendem Knochenvolumen von ZX00-basierten Magnesiumschrauben im Minipig nach 6, 12 und 18 Monaten.
Methodik: Verglichen wurden ZX00-basierte Schrauben mit und ohne PEO-Oberflächenmodifikation (2.3 x 5.0 mm; Meotec GmbH / Karl Leibinger Medizintechnik GmbH & Co. KG), nach Implantation in das Os frontale von Göttinger Minipigs (n=18). Die Evaluation von Implantaten und umliegendem Knochen mittels Mikro-CT und Histomorphometrie nach Aufbereitung in Trenn-Dünnschliff-Technik erfolgte nach 6, 12 und 18 Monaten.
Ergebnisse und Schlussfolgerung: Im Vergleich zeigten PEO-oberflächenmodifizierte Schrauben ein signifikant höheres residuales Schraubenvolumen (Screw Volume/Total Volume in %) nach 12 (51,3 (ZX00) vs. 78,9 (ZX00-PEO); p < 0.001) und 18 Monaten (43,4 (ZX00) vs. 67,7 (ZX00-PEO); p < 0,001) im Mikro-CT. Das Volumen des angrenzenden Knochens war im Mikro-CT (Bone Volume/Total Volume in %) nach 6 (71,3 (ZX00) vs. 72,0 (ZX00-PEO); p = 0,825) und 12 Monaten (75,3 (ZX00) vs. 76,7 (ZX00-PEO); p = 0,780) nicht signifikant unterschiedlich zwischen den Gruppen. Ein signifikanter Unterschied zeigt sich jedoch nach 18 Monaten (60.5 (ZX00) vs. 85,7(ZX00-PEO); p < 0.001).
Die Ergebnisse bestätigen die Beeinflussbarkeit der Degradationsgeschwindigkeit durch PEO-Oberflächenmodifikation im Langzeitversuch in vivo. PEO-oberflächenmodifizierte Implantate zeigen ein höheres residuales Schraubenvolumen als Maß für eine verlangsamte Degradation. Der positive Einfluss auf das Einheilungsverhalten kann aus dem erhöhten Volumen des angrenzenden Knochens abgeleitet werden.