| Einleitung
Mehrere Aspekte sind in der Entwicklung von biodegradierbaren Implantaten für Kinder von Bedeutung:
Die Frakturheilung ist schneller und der Knochen übernimmt rascher als bei Erwachsenen wieder Lasten, was eine kürzere Degradation des Materials erlaubt. Damit wären biodegradierbare Implantate von substanziellem Nutzen für pädiatrische Patienten. Wegen der besonderen Voraussetzungen im kindlichen Knochen sollten die Materialien, Biomechanik, Degradation im Knochen und die Knochenantwort genauer untersucht werden.
Material & Methoden
Zylindrische Pins aus Poly(3-hydroxybutyrate) (PHB) mit unterschiedlichen Additiven wurden analysiert: pures PHB, PHB mit 3w% Zirkondioxid, PHB mit 3w% Zirkondioxid und 30w% Herafill®, ein alternatives Knochenersatzmaterial, PHB nur mit 30w% Herafill® und PHB mit 40w% Magnesium Pulver. Zwei identische Pins wurden in den Femur von wachsenden Spraque Dawley® Ratten implantiert. Nach 1, 3, 6 und 9 Monaten wurden micro CT Scans durchgeführt, um das Degradationsverhalten der Komposite und den Knochenanwuchs zu beurteilen.
Push Out Tests, histologische Schnitte und hoch auflösende Scans ex vivo wurden gemacht, um die Knochenreaktion auf die einzelnen Materialien zu vergleichen. Blutuntersuchungen während der Studie evaluierten die Antwort des angeborenen Immunsystem.
Resultate
Das zugemischte Magnesium Pulver degradiert schneller und löst sich aus dem PHB Netzwerk heraus, das verbleibende PHB zeigt jedoch keinen beschleunigten Degradationsprozess. Das Implantat wird zu brüchig, um eine korrekte Handhabung während der Implantation zu gewährleisten. 1 Monat nach Implantation zeigt es die geringsten Push Out Energien im Verlgeich zu den anderen PHB Kompositen.
Auch Zirkondioxid und Herafill® konnten den Degradationsprozess nicht beschleunigen. Weiters verbesseren diese Additive die Auflösung zwischen Implantat und Oberfläche nicht so weit, dass reproudzierbare, valide Werte für die Oberfläche und das Volumen des Implantats mit dem µCT berechnet werden konnten. Aber es war möglich Knochenreaktionen und Knochenneuformation in unterschiedlichen PHB Gruppen zu vergleichen.
Die histologische Schnitte zeigen eine vielversprechende Gewebe- und Knochentoleranz auf das Implantates. Während des Heilungsprozesses wächst der Knochen gut an das Implantat an und weder Inflammation noch Gewebsveränderungen konnten festgestellt werden.
Verglichen zur Sham Gruppe, in der ein Trauma gesetzt wurde, zeigt das Implantatmaterial keine zusätzlichen Reaktionen des Immunsystems.
Eine Woche nach Operation zeigt sich ein immunologischer Effekt, der Anästhesie und Operation zugeordnet werden konnte. Nach 4 Wochen ist das Bohrloch verheilt und der Knochenumbau hat begonnen. Diese Studie zeigt, dass PHB als bioresorbierbares Implantat keine zusätzlichen signifikanten negativen Effekte hervorruft. Weiters konnte eine gute Knochenanlagerung in den µCT Bildern nachgewiesen werden.
Diskussion
Obwohl PHB von Bakterien produziert wird, ist es als Implantat für Kinder in seiner nativen Form wegen der langen Degradationszeit ungeeignet. Trotzdem sollten wegen der hohen Gewebe- und Knochenverträglichkeit andere Anwendungsbereiche in Betracht gezogen werden. Es könnte als Coating von permanenten Implantaten angedacht werden oder als Alternative zu PLA, welches als Nahtmaterial, Stents, Gerüstmatrix und als Medikamentenretard Systeme genutzt werden. |
