Osseointegration kalthaertender Knochenzemente im Schafmodell

Episode von Tierärztliche Fakultät - Digitale Hochschulschriften der LMU - Teil 07/07 von Ludwig-Maximilians-Universität München · 12. Juli 2014

Da es bisher noch kein Knochenersatzmaterial gibt, das den komplexen Eigenschaften des Knochengewebes entspricht, wird intensiv an der Entwicklung neuer Materialien geforscht. In der vorgestellten Studie wurden ein Calciumphosphat- und ein Magnesiumphosphat-Zement (Bruschit bzw. Struvit) in einem unbelasteten und einem teilbelasteten Knochendefekt kritischer Größe im Schafmodell untersucht. Von jeder Zementformulierung kamen zwei unterschiedliche Pulver-Flüssigkeits-Verhältnisse (2,0 und 3,0), welche zu unterschiedlichen Porositäten der abgebundenen Zemente führten, zum Einsatz. Die Implantationszeiträume betrugen 4, 7 und 10 Monate. Als Kontrolle diente bei der 10-Monats-Gruppe ein CDHA-Zement (Ca9(PO4)5HPO4OH) bzw. ein Leerdefekt.

Alle Zementformulierungen erwiesen sich als biokompatibel und osteokonduktiv. Bei den Struvit-Zementen (MgNH4PO4•6H2O) konnte nach 10 Monaten Implantation eine fast komplette Degradation beobachtet werden. Diese fand sowohl passiv durch chemisch-physikalische Lösungsvorgänge als auch aktiv, d.h. zellvermittelt, statt. Gleichzeitig bildete sich neues trabekuläres Knochengewebe, so dass gesagt werden kann, dass die Resorptions-geschwindigkeit der Geschwindigkeit der Knochenformation entsprach. Die mechanische Stabilität nahm zwar gegenüber den in vitro ermittelten Werten nach Implantation stark ab, wurde aber im Zeitverlauf durch das Einwachsen von neuem Knochengewebe wieder auf ein physiologisches Niveau angehoben. Signifikante Unterschiede zwischen den Porositäten gab es nur zum Teil hinsichtlich des verbliebenen Zementvolumens. Aufgrund der besseren Verarbeitbarkeit als injizierbare Paste, wäre ein Pulver-Flüssigkeits-Verhältnis von 2,0 eventuell besser für den klinischen Einsatz geeignet als ein Pulver-Flüssigkeits-Verhältnis von 3,0. In Kontakt mit Weichgewebe lösten sich die Struvit-Zemente schneller auf als neues Knochengewebe einwachsen konnte. Durch weitere Modifikationen bei der Zementzusammensetzung könnte dies verhindert werden. Durch die Kombination mit einem im Verhältnis zu Struvit stabileren Calciumphosphat (z.B. β-Tricalciumphosphat) könnte ein biphasischer Zement entwickelt werden, bei dem sich die einzelnen Komponenten unterschiedlich schnell auflösen.

Die Bruschit-Zemente (CaHPO4•2H2O) und der CDHA-Zement zeigten selbst nach zehn Monaten Implantation kaum Degradation. Bei dem CDHA-Zement war dies zu erwarten, bei den Bruschit-Zementen jedoch nicht. Die Ursache hierfür kann bei der höheren Porosität (PLR 2,0) in der Phasenumwandlung von Bruschit zu Octacalciumphosphat bzw. generell in der Zementkomposition gesehen werden. Da die Bruschit-Zemente im teilbelasteten Defekt Risse aufwiesen, war ihre mechanische Stabilität in vivo für lasttragende Bereiche nicht ausreichend. Deshalb wäre es nötig, die Bruschit-Zemente weiter zu modifizieren, bevor sie erneut im Tiermodell untersucht werden können. Um die Stabilität zu verbessern, könnten Keramik- oder Polymerfasern in den Zement eingebracht werden. Für die Verbesserung der Degradation sollte eine andere Flüssigkeitskomponente, z. B. Natriumhyaluronat oder Pyrophosphat, wie sie in anderen Studien verwendet wurden, in Betracht gezogen werden.

Zusätzlich zu den orthotopen Implantaten wurden jeweils auch subkutan Formkörper eingebracht. Diese zeigten, dass die untersuchten Zemente auch eine gewisse Osseoinduktivität besaßen. Im Fall der Bruschit-Zemente verhielten sich die subkutanen Implantate allerdings anders als die im Knochen implantierten Zemente. Im Gegensatz zu den orthotopen Implantaten zeigten die Formkörper im subkutanen Gewebe eingesetzt eine deutliche Größenreduktion. Die Ursache dafür kann im unterschiedlichen Gewebemilieu oder in der unterschiedlichen Implantatform (orthotop: Paste / heterotop: Block) gesehen werden. Um eine möglichst genaue Aussage über das biologische Verhalten eines Materials treffen zu können, ist es daher notwendig, die Materialien immer in der Form und im entsprechenden Zielgewebe zu untersuchen, wie sie später verwendet werden sollen, d.h. ein Zement als resorbierbares Knochenersatzmaterial sollte immer als Paste im Knochenlager untersucht werden. Auch eine Untersuchung in einem belasteten Implantationsmodell ist sinnvoll, da eine mechanische Belastung einen Einfluss auf das Verhalten der Zemente und das Knochenremodelling hat.

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