gms | German Medical Science

Fragestellung: Magnesium zeigt durch die Ähnlichkeit seines E-Moduls zum kortikalen Knochen und seiner Biokompatibilität vielversprechende Eigenschaften für die Verwendung als resorbierbares Osteosynthesematerial. Jedoch kommt es bei der Degradation von Magnesiumimplantaten zur Freisetzung von Wasserstoffgas, woraus eine Beeinträchtigung der Osseointegration und somit ein Versagen der Osteosynthese resultieren kann. In vitro konnte die Reduktion der Degradationsgeschwindigkeit und somit die Reduktion der initialen Gasproduktion durch die Verwendung einer PEO-Oberflächenmodifikation gezeigt werden. Ziel dieser Studie ist der Vergleich von Degradationsverhalten, Knochenquantität und -struktur von WE43-basierten Magnesiumimplantaten mit und ohne PEO-Oberflächenmodifikation im Langzeitversuch im Minipigmodell zur Evaluation der Implantate für einen möglichen klinischen Einsatz.

Methodik: Es erfolgte die Implantation von Magnesiumschrauben und -platten in Humerus und Femur von Göttinger Minipigs und die Entnahme nach einer Standzeit von 6 und 12 Monaten. Als primäre Endpunkte diente die Volumenquantifizierung der Implantate und des angrenzenden Knochens im Mikro-CT und die histomorphometrische Auswertung nach Präparation in Trenn-Dünnschliff-Technik und Färbung in Giemsa.

Ergebnisse und Schlussfolgerung: Im kortikalen Bereich zeigte sich nach 6 Monaten ein Residualvolumen 28,89 % bei den Implantaten ohne Oberflächenmodifikation und ein Residualvolumen von 62,95 % bei den oberflächenmodifizierten Implantaten (Mann-Whitney Test, p=0,0273). Im Markraumbereich der Schrauben fand eine stärkere Knochenanlagerung an die Implantate ohne Oberflächenmodifikation statt (33,28 % vs. 18,48 %, Mann-Whitney Test, p=0,0477). Nach 12 Monaten zeigte sich radiologisch kein signifikanter Unterschied der Implantatvolumina. Die histologische Untersuchung zeigte eine stärkere Überwachsung der oberflächenmodifizierten Implantate von 2,61 mm2 mineralisiertem Knochen (MdB) über der Platte vs. 6,95 mm2 MdB nach 6 Monaten (Mann-Whitney Test, p=0,0498) und 1,30 mm2 MdB vs. 4,25 mm2 MdB nach 12 Monaten (Mann-Whitney Test, p=0,1397) und einen Bone Implant Contact (BIC) von 18,18 % der Implantate ohne Oberflächenmodifikation und einen BIC von 51,65 % (Mann-Whitney Test, p=0,0156) der Implantate mit Oberflächenmodifikation nach 6 Monaten im kortikalen Bereich. Das Verhältnis von Bone Volume zu Total Volume des angrenzenden Knochens zeigte sich im Vergleich zu normalem Knochen bei allen Implantaten reduziert.

Durch die Verwendung einer PEO-Oberflächenmodifikation kommt es zu einer signifikanten Reduktion der Degradationsgeschwindigkeit und zu einer besseren Osseointegration der PEO-oberflächenmodifizierten Magnesiumimplantate.