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Fragestellung: Auf der Suche nach dem idealen Knochenersatzmaterial (KEM) stellen auf Hydroxylapatit basierende Materialien einen vielversprechenden Ausgangspunkt für weitere Forschung dar. Dabei beeinflussen verschiedene chemische Bedingungen bei der Herstellung von synthetischen KEM die Materialcharakteristika bzgl. Integration und Resorption in vivo.

Kernfrage: Inwieweit kann ein veränderter pH-Wert bei der Herstellung des verwendeten Silika-Gels, als einer der Grundbausteine des untersuchten KEM – bestehend aus nicht gesintertem nanokristallinem Hydroxylapatit mit Silika-Gel-Ummantelung und eingebettet in einem Poloxamer – die Eigenschaften des Gesamt-Materials hinsichtlich knöcherner Integration verändern und die Funktionalität im Organismus beeinflussen?

Methodik: Nach initialer Analyse der Oberflächentopographie der untersuchten KEM durch BET-Messungen wurden bei 30 adulten Wistar-Ratten in einem Split-Side-Modell jeweils an den Tibiae definierte Knochendefekte gesetzt und randomisiert mit zwei verschiedenen KEM aufgefüllt. Zu 5 verschiedenen Untersuchungszeitpunkten (9-63 Tage postoperativ) wurden die Knochen entnommen und die Resorption des KEM und die Menge an neu gebildetem Knochen semiquantitativ anhand histologischer und immunhistochemischer Schnitte analysiert. Die Freisetzung des in dem KEM gebundenen Siliziums, als Gradmesser der Biodegradation, wurde zusätzlich mittels EDX-Messung untersucht.

Ergebnisse: In beiden Versuchsgruppen fand sich klinisch jeweils ein unauffälliger postoperativer Verlauf, bei ungestörter Wundheilung. Ein mechanisches Versagen trat nicht auf. Durch AP-, TRAP- und CD68-Färbungen wurden in beiden Versuchsgruppen sowohl Osteoblasten als auch Osteoklasten nachgewiesen. Der höhere pH-Wert im Herstellungsprozess des Silika-Gels führte zu einer vermehrten Porenzahl im Bereich von 5-100 nm. Die EDX-Messungen zeigten bei beiden KEM eine vollständige Resorption des SiO₂ innerhalb von 42 Tagen postoperativ. In allen Proben konnten eine erfolgreiche Integration des KEM und Knochenneubildung beobachtet werden, wobei sich die Ergebnisse signifikant unterschieden.

Abbildung 1 [Abb. 1]

Schlussfolgerungen:

1.

Verlaufsbeobachtungen bestätigen Biokompatibilität, Abbau und Knochenneubildung der getesteten Knochenersatzmaterialien.

2.

Die ossäre Integration ist homogen, bei guter biologischer "Verträglichkeit“, unabhängig vom Herstellungsprozess.

3.

Auf Grund der Erhöhung des pH-Wertes wurde sowohl die Abbaurate des Knochenersatzmaterials als auch die Knochenneubildungsrate verringert.

4.

Es konnte belegt werden, dass bei einem pH-Wert von 6 im Herstellungsprozess des Silika-Gels, ein negativer Einfluss auf die Funktionalität des Knochenersatzmaterials, bei verzögertem Matrixwechsel, entsteht.