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Wie reagiert der Knochen nach Abbau von Mg-Implantaten? Kontinuierliches CT-Monitoring bei der Mg-Degradation im lebenden Ratten-Modell
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Authors
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T. Kraus
- Universitätsklinik für Kinderchirurgie, Kinderorthopädie, Graz, Austria
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S. Fischerauer
- Universitätsklinik für Kinderchirurgie, Graz, Austria
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S. Zötsch
- Universitätsklinik für Kinderchirurgie, Graz, Austria
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A. Haenzi
- ETH Hönggerberg, Metall Physik und Technologie HCI F522, Zürich, Switzerland
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P. Uggowitzer
- ETH-Hönggerberg, Metall Physik and Technologie, Zürich, Switzerland
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A. Weinberg
- Medizinische Universität Graz, Universitätsklinik für Kinder- und Jugendchirurgie, Graz, Austria
| Published: | October 18, 2011 |
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Fragestellung: Biologisch abbaubare Osteosynthese-Materialien im wachsenden Skelett müssen drei wesentliche Bedingungen erfüllen: 1. Stabilität während der Frakturheilung, 2. rascher Abbau nach der Heilung und 3. vollständige Wiederherstellung der Knochenstruktur in einem Zeitraum von 12 bis 15-Monaten nach der Implantation.
Magnesium ist einer der aussichtsreichsten Kandidaten, um diese Bedingungen zu erfüllen. Das Metall hat eine hohe mechanische Festigkeit, Korrosionsprodukte führen nur zu geringen entzündlichen Reaktionen. Die Knochenheilung wird zusätzlich positiv beeinflusst.
Der Abbauprozess neuer Implantate aus Magnesium ist zwar untersucht, Daten über das Verhalten des Knochens nach dem Abbau fehlen aber.
Das Verhalten des Knochens während und nach vollständigem Abbau eines bioresorbierbaren Mg-Implantates mittels Micro-CT zu verfolgen war das Zeil dieser Studie. Um den Abbau in einem angemessenen Zeitraum zu verwirklichen, wurde eine schnell abbaubare Mg-Legierung (LV1) mit einer langsam abbaubaren (WZ21) Legierung verglichen.
Methodik: Speziell angefertigte Mg Pins (LV1 (Mg, Zn Mg, Ca) und WZ 21 (Mg, Zn, Mg, Ca, Y) wurden in 12 Femura von fünf Wochen alten männliche Sprague-Dawley Ratten implantiert. Postoperativ wurde eine Vollbelastung zugelassen. Zwischen dem 5-7 postoperativen Tag und in monatlichen Abständen bis zum 9. postoperativen Monat wurde ein Micro CT durchgeführt. Der Abbau der Pins, ihr Volumen, die Pin-Oberflächen sowie die durch den Abbau entstandenen Gasmengen wurden mit der "Mimics" Software quantifiziert.
Ergebnisse und Schlussfolgerungen: Während des neunmonatigen Untersuchungszeitraumes wurde LV1 mit großen Mengen an intra- und extramedullärem Gas rasch abgebaut und war nach 3 Monaten vollständig aufgelöst. WZ21 korrodierte langsamer mit geringen Gasmengen und war nach neun Monaten noch nicht abgebaut.
Postoperativ wurden weder bei WZ21 Tieren noch bei LV1 Tieren Mobilitätsbeeinträchtigungen, ein Hinken oder klinisch sichtbare Gasentwicklungen beobachtet. Trotz der großen Gasmenge zu Beginn des Abbaus von LV1 zeigte sich 5 Monate postoperativ ein unauffälliger Knochen mit anatomischer Form. Es ereigneten sich keine Frakturen und die Implantat-Eintrittspforten waren nicht mehr sichtbar.
Nach Abbau des schnell korrodierenden LV1 mit hoher intra-und extramedullärer Gasbildung zeigte der Knochen im Micro-CT eine restitutio ad integrum. Mg-Legierungen sind vielversprechende Materialien mit hervorragenden Eigenschaften für den Einsatz in der Osteosynthese. Um die Korrosion im Bezug auf optimale Abbauzeit und Gasbildung zu optimieren, sind weitere Forschungsarbeiten erforderlich.
