gms | German Medical Science

Fragestellung: Für in-vitro Verschleißsimulationen von Endoprothesen hat sich Kälberserum weltweit als Testfluid etabliert. In einer Vielzahl von Voruntersuchungen zeigte sich unter Serum ähnliches Verschleißverhalten wie in vivo beobachtet wurde. Dennoch besteht die Notwendigkeit eines Ersatzes des verwendeten Kälberserums für Verschleißuntersuchungen aufgrund des Bestehens ethischer Konflikte durch dessen Gewinnung.

Methodik: Auf einem Pin-on-Plate Tribometer gilt es mit einer Gleitpaarung bestehend aus CoCr-Plate und PE-Pin auf vier Teststationen die Eignung von verschieden Fluiden als Alternative zu Kälberserum zu überprüfen. Neben Hyaluronsäure (HS) (1g/l) wurden ein Gemisch aus Laktalbumin (LA) und VE-Wasser (20g/l) sowie ein Gemisch aus Sojaprotein (SP) und VE-Wasser (20g/l) als Zusatz gewählt. Ein Testdurchlauf umfasst 400000 Zyklen, wobei nach je 50000 Zyklen das Testfluid zur Analyse entnommen und durch neues ersetzt wird. Die Validierung eines Ersatzfluids für Kälberserum (KS) (20g/l) für in-vitro Verschleißuntersuchungen wird auf Basis einer Partikelcharakteristik nach ASTM F1877-16 zu zwei unterschiedlichen Zeitpunkten (100000 & 400000 Zyklen) durchgeführt. Die gewählte Kinematik und Belastung basiert auf Voruntersuchungen, welche zeigten, unter welchen Bedingungen mit dem Fluid KS klinisch relevante Verschleißpartikel geschaffen werden können. Dies entspricht einer Ellipse mit einem Längen- und Breitenverhältnis von 12,5 mm zu 6,25 mm und einer Krafteinwirkung von 10N.

Ergebnisse und Schlussfolgerung: Durch die Vorbereitung der Fluide für die Partikelanalyse zeigte sich, dass die proteinhaltigen Ersatzfluide (LA, SP) auf Grund der mangelnden Zersetzbarkeit der Proteine nicht für eine Filtration geeignet sind. Lediglich HS lässt sich chemisch für die Partikelanalyse aufbereiten. Die Veränderung der Partikelcharakteristik im Laufe des Testdurchlaufs unter KS und HS sind in Abbildung 1 [Abb. 1] dargestellt. Zum Vergleich der beiden Fluiden, sind die erzielten Partikelcharakteristiken nach 400000 Zyklen in Abbildung 1 [Abb. 1] zu betrachten.

HS stellt im reinen Zustand keine optimale Alternative für KS in in-vitro Untersuchungsmethoden dar. Zum einen werden unter HS signifikant weniger Partikel generiert als unter KS, zum anderen ändern sich die morphologischen Eigenschaften der generierten Partikel unter HS im Laufe des Testdurchlaufs signifikant. Dennoch gilt es die Eignung des verwendeten Fluids HS in weiteren Studien zu testen.