gms | German Medical Science

Fragestellung: Magnesium gilt aufgrund seiner Biokompatibilität, seines günstigen E-Moduls und seiner osteopromotiven Eigenschaften als vielversprechendes resorbierbares Osteosynthesematerial. Bei der Degradation von Magnesium kommt es neben der Freisetzung von Magnesiumionen, die für den bioaktiven Effekt sorgen, jedoch auch zur Freisetzung von Wasserstoffgas. Übersteigt die freigesetzte Wasserstoffgasmenge die Resorptionsfähigkeit des umliegenden Gewebes, kann es zu einer Beeinträchtigung der Knochenheilung führen. Aus diesem Grund ist die Kontrolle der Degradationsgeschwindigkeit und somit der Gasfreisetzung durch die Verwendung von passivierenden Legierungen sowie Oberflächenmodifikationen essenziell. Ziel dieser Studie war der Vergleich von WE43-basierten Magnesiumimplantaten mit und ohne plasmaelektrolytische Oberflächenmodifikation (PEO) nach 18 Monaten im Minipig-Modell im Hinblick auf Unterschiede in Korrosionsgeschwindigkeit und Reaktion des umliegenden Knochens.

Methodik: Für einen Untersuchungszeitraum von 18 Monaten wurden WE43-basierte Platten (Plattenstärke: 2,0 mm) und Schrauben (2,0 x 11 mm) mit (WE43-PEO) und ohne PEO (WE43) randomisiert in Humerus oder Femur von Göttinger Minipigs implantiert. Nach der Entnahme erfolgte die radiologische Evaluation im Micro-CT sowie Aufbereitung in Trenn-Dünnschliff-Technik zur histomorphometrischen Quantifizierung. Der statistische Vergleich der Daten erfolgte nach Test auf Normalverteilung entsprechend mittels Mann-Whitney-Test bzw. Welch’s t-Test.

Ergebnisse und Schlussfolgerung: Im kortikalen Bereich zeigte sich kein signifikanter Unterschied des Residualvolumens der Schrauben (SV) im Bezug zum ursprünglichen Totalvolumen (TV); (SV/TV: WE43: 37,10±19,47% vs. WE43-PEO: 33,78±22,96%; p=0,6599). Dieses Ergebnis bestätigte sich histologisch. Im Markraum zeigte sich radiologisch kein signifikanter Unterschied des residualen Schraubenvolumens (p>0,05), allerdings wiesen die WE43-PEO Implantate eine signifikant höhere Fläche im Vergleich zur ursprünglichen Schraubenfläche (Sc/TAr) auf (Sc/TAr: WE43: 58,51±29,3%; WE43-PEO: 79,49±24,87%; p=0,0358). Die Knochenquantität zeigte radiologisch und histologisch keinen signifikanten Unterschied zwischen den Gruppen (p>0,05). Die Quantifizierung des lamellären Knochens ergab einen signifikant höheren Anteil um die WE43-PEO-Implantate: (lamellärer Knochen: WE43: 23,27±9,88%; WE43-PEO 34,89±13,52%; p=0,0310). Eine signifikant stärkere Knochenanlagerung im subperiostalen Kompartiment konnte über den WE43-Implanten festgestellt werden (WE43: 5,85±3,38 [mm²]; WE43-PEO: 2,75±2,07 [mm²]; p=0,0124).

Weder im Hinblick auf das residuale Schraubenvolumen noch auf die Knochenquantität zeigt die PEO-Oberflächenmodifikation einen signifikanten Effekt nach 18 Monaten. Jedoch deutet der signifikant höhere Anteil an lamellären Knochens um die oberflächenmodifizierten Implantate auf ein geringeres abgelaufenes Remodelling und somit einen positiven Langzeiteffekt der Oberflächenmodifikation hin.