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Fragestellung: Die Oberflächentexturierung von Implantatmaterialien ist ein vielversprechender Ansatz zur Optimierung der Osseointegration und der Inhibierung einer bakteriellen Biofilmbildung. Die Oberflächentexturierung mittels Ultrakurzpulslaser ist eine kontaktlose Technologie zur Veränderung der physikalisch-chemischen Eigenschaften von Oberflächen im Hinblick auf eine Antiinfektionsfunktionalisierung. Ziel dieser Arbeit ist die Lasertexturierung von Ti6Al4V und Ti6Al7Nb Oberflächen mittels UV-Strahlung zur Erzeugung periodischer Oberflächenstrukturen (LIPSS) und die präklinische Charakterisierung dieser Oberflächen hinsichtlich der Freisetzung von Metallionen und der Funktionalität primärer humaner Osteoblasten (hOBs) im Vergleich zu hOBs auf polierten Standardoberflächen.

Methodik: Die Topographie der Oberflächen wurde mittels Rasterelektonenmikroskopie (REM) charakterisiert. Primäre hOBs wurden aus Spongiosaproben isoliert, welche aus dem femoralen Markraum während Hüft-TEP-Primärimplantationen von n=6 Spendern gewonnen wurden. Die Freisetzung von Metallionen wurde mittels Massenspektrometrie mit induktiv gekoppeltem Plasma in Zellkulturüberständen und Zelllysaten quantifiziert. Zur präklinischen Bewertung der Biokompatibilität wurden das Anwachspotential, die metabolische Aktivität, die Proliferationskapazität, die Aktivität der alkalischen Phosphatase (ALP) und Wachstumsfaktoren und Zytokine in Zellkulturüberständen quantifiziert.

Ergebnisse und Schlussfolgerung: Die REM Analysen zeigen die erfolgreiche Erzeugung von LIPSS mit UV-Strahlung. Nach Kultivierung von primären Osteoblasen auf den Oberflächen wird signifikant mehr Ti, Al und V von Ti6Al4V-LIPPS Oberflächen im Vergleich zu polierten Ti6Al4V Oberflächen freigesetzt. Von Ti6Al7Nb-LIPPS Oberflächen wird im Vergleich zu polierten Ti6Al7Nb Oberflächen signifikant weniger Ti und Nb freigesetzt. Auf Ti6Al4V-LIPPS Oberflächen adhärieren im Vergleich zu polierten Ti6Al4V Oberflächen signifikant weniger hOBs und diese Zellen proliferieren signifikant langsamer. Das Anwachspotential, die metabolische Aktivität und die Proliferationskapazität sind auf Ti6Al7Nb-LIPPS Oberflächen im Vergleich zu polierten Ti6Al7Nb Oberflächen unverändert. hOBs auf LIPSS Oberflächen weisen eine signifikant höhere ALP Aktivität nach osteogenem Stimulus im Vergleich zu polierten Oberflächen auf. hOBs auf LIPSS Oberflächen sekretieren signifikant weniger TIMP2 und OPG. Auf Ti6Al4V-LIPSS sekretieren hOBs mehr IL1-RA und auf Ti6Al7Nb-LIPSS Oberflächen mehr CCL2 im Vergleich zu den jeweiligen polierten Oberflächen.

Die präklinische in vitro Bewertung der texturierten Titanlegierung zur Antiinfektionsfunktionalisierung zeigt, dass Ti6Al7Nb Oberflächen auf denen LIPSS erzeugt wurden eine deutlich bessere Biokompatibilität als Ti6Al4V Oberflächen mit LIPSS aufweisen. Dies kann durch weniger Metallfreisetzung im Vergleich zur polierten Oberfläche, unveränderte zelluläre Funktionalität und ein anti-inflammatorisches Sekretionsprofil begründet werden.