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In vitro und in vivo Evaluation eines offenporigen, biodegradablen Scaffolds aus gesinterten Magnesiumfasern
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Authors
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Katharina Bobe
- Labor für Biomechanik und Biomaterialien, Orthopädische Klinik der, Medizinischen Hochschule Hannover, Hannover, Germany
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Elmar Willbold
- Labor für Biomechanik und Biomaterialien, Orthopädische Klinik der, Medizinischen Hochschule Hannover, Hannover, Germany
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Ingrid Morgenthal
- Fraunhofer-Institut für, Fertigungstechnik und angewandte Materialkunde, Institutsteil Dresden, Dresden, Germany
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Wolfgang Tillmann
- Institut für Werkstofftechnologie, TU Dortmund, Dortmund, Germany
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Jens Nellesen
- Institut für Werkstofftechnologie, TU Dortmund, Dortmund, Germany
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Carla Vogt
- Institut für Analytische Chemie, Leibniz Universität Hannover, Hannover, Germany
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Olaf Anderson
- Fraunhofer-Institut für, Fertigungstechnik und angewandte Materialkunde, Institutsteil Dresden, Dresden, Germany
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Frank Witte
- Labor für Biomechanik und Biomaterialien, Orthopädische Klinik der, Medizinischen Hochschule Hannover, Hannover, Germany
| Published: | October 23, 2013 |
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Fragestellung: Die Kontrolle der schnellen, Oberflächen-abhängigen Korrosion von Magnesiumlegierungen ist bisher die größte Herausausforderung biodegradabler Metallimplantate.
Daher stellt sich die Frage, ob und mit welchen Techniken offenporige Magnesiumstrukturen mit reduzierter Korrosionrate geschaffen werden können.
Methodik: Offenporige Magnesiumkurzfasern wurden mittels Schmelzextraktionsverfahren unter Schutzgas-Atmosphäre aus der Mg-Legierung W4 (enthält neben Mg 4wt% Yttrium) hergestellt. Dei Fasern wurden gesintert und mittels CO2-Laser zu zylindrischen Proben verarbeitet. Nach Oberflächensäuberung in Ethanol-haltigen Immersionslösungen und gamma-Sterilisation wurde die Korrosion im Verglecih zum Vollmaterial im Eudiometer getestet. Anschließend wurden Zellkomptibilitätstest (Extrakt) nach ISO10993 und ein Implantationsversuch in 24 Kaninchen (NZW) mit Standzeiten von 6, 12, und 24 Wochen (je,n=8) durchgeführt. Intravitale Färbungen zur Knochenappositionsbestimmung wurden 4 Tage nach Op und 4 Tage vor Euthanasie. Die Explantate wurden tiefgefroren, dannn im µCT und anschliessend histologisch untersucht.
Ergebnisse und Schlussfolgerung: Offenporige Mg-Scaffolds lassen sich nach dem Schmelzextraktionsverfahren aus Mg-Kurzfasern herstellen. Wenn man die Korrosionsrate dieser Scaffolds auf deren Oberfläche bezieht und mit dem Vollmaterial vergleicht, ergibt sich eine geringe, spezifische Korrosionrate. Dies scheint die Erklärung für die gute Zellverträglichkeit der Extrakte der Yttrium-haltigen Mg-Legierung zu sein. Der Implantationsversuch zeigte jedoch, dass trotz der geringen Korrosionsrate eine vollständige Auflösung des Scaffolds nach 24 Wochen erfolgte. Hierbei wurden keine Formationen von Gasblasen subkutan entdeckt. Jedoch ließ sich auf den µCT Aufnahmen eine lokale Gasbildung nach 6 Wochen innerhalb des Scaffolds nachweisen. Es waren keine pathogischen Fremdkörperreaktionen nachweisbar. Zu allen Zeitpunkten war regional die osteoblastäre und osteoklastäre Aktivität um das Implantat erhöht.
Offenporige Mg-Scaffolds aus W4-Kurzfasern sind vielversprechende, alternative Biomaterialien bei der Behandlung von Knochendefekten. Jedoch bedürfen sie vielleicht noch einer zusätzlichen Oberflächenbeschichtung, um die initial niedrige Korrosionsrate noch weiter zu reduzieren.
