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Fragestellung: Die dauerhaft stabile Verankerung von Implantaten im Knochen ist eines der Paradigmen der Endoprothetik. Für zementierte Femurschäfte konnte zwischenzeitlich eine 30-Jahre-Überlebensrate von über 90% belegt werden. Bei unzementierten Femurschäften liegen ebenfalls sehr gute Langzeitergebnisse vor. Die aseptische Implantatlockerung bleibt trotzdem ein viel diskutiertes Thema. Neben von Patienten und Implantationstechnik abhängigen Faktoren ist dabei die Beschaffenheit der Implantatoberfläche von immenser Bedeutung. Vor allem bei osteoporotischen Knochen können Hydroxylapatitbeschichtung oder mikroporöse Titanoberflächen nur bedingt eine frühzeitige Implantatlockerung verhindern. Neue Oberflächenveredelungen sind daher Bestandteil der aktuellen Implantatforschung. Enzymatisch hergestellte Biosilikate sind dank Ihrer Affinität zu Osteoblasten in den Fokus der regenerativen Knochenforschung gelangt. Normalerweise bilden sie die mechanisch belastbaren Gerüste von Schwämmen und Kieselalgen. Ziel unserer Forschung war es eine mechanisch stabile Beschichtung von Implantaten mit Biosilikaten herzustellen sowie potentielle Vorteile dieser bei der Zelladhäsion und beim Einwachsverhalten zu untersuchen.

Methodik: Für die Beschichtung von Glasplättchen bzw. Titan-Prevotnägeln wurde deren Oberfläche zunächst mit Polyaminen funktionalisiert. Durch Zusatz von Biosilikat wurde eine mikroporöse Oberfläche auf dem Titan bzw. Glas erzeugt. Die biologisierten Implantate wurden entweder mit mesenchymalen Stammzellen, Fibroblasten oder Osteoblasten beimpft. Nach 24 und 72 Stunden erfolgte die Auswertung der Zellzahl mit dem Licht- und Rasterelektronenmikroskop. Zur Überprüfung der Osteointegration wurden biologisierte und native Titandrähte in das Femur von Ratten implantiert. Nach 6 Wochen erfolgte die Explantation der Femura zur histomorphologischen Beurteilung des Draht-Knocheninterfaces und zur biomechanischen Testung der Ausreißfestigkeit.

Ergebnisse und Schlussfolgerungen: Während auf den nativen Präparaten nur vereinzelte Zellkolonien nachgewiesen werden konnten, bildeten sich nahezu geschlossene Zellrasen auf den beschichteten Implantaten mit allen getesteten Zellarten. Die Software-gestützte Zellauswertung ergab eine bis zu 10fach höhere Zellzahl bei den mikroporösen Oberflächen. Im Tierexperiment konnte histologisch eine direkte ossäre Integration der beschichteten Titandrähte gesehen werden. Die Ausreißfestigkeit der beschichteten Drähte überstieg jene der nativen Drähte bis zum zweifachen. Anhand unserer Ergebnisse sehen wir für Biosilikate eine vielversprechende Anwendung bei der Verbesserung von Implantatoberflächen. Da sogar das biologisch inerte Glas nach Biologisierung mit Silikat zelladhäsive Eigenschaften aufweist, sind silikatbasierte Beschichtungen für verschiedenste Materialien, die den verschiedenen Beanspruchungen des Stütz- und Bewegungsapparates gerecht werden, denkbar.