| Hintergrund: Unter den biologisch abbaubaren Implantaten zeigen Magnesium-basierte Implantate aufgrund ihrer mechanischen, physikalischen, chemischen und biologischen Eigenschaften das größte Potential. Diesen positiven Attributen stehen jedoch große Nachteile wie rasche Korrosion oder die massive Freisetzung von Wasserstoffgas gegenüber.
Material und Methoden: Die Abbauprofile von pure Mg, Mg2Ag und Mg10Gd wurden in Zellkulturmedium untersucht. Die Korrosionsrate wurde über die Freisetzung von Magnesium-Ionen über die Zeit mittels ICP-OES analysiert. Veränderungen der Oberflächenmorphologie und der chemischen Oberflächenzusammensetzung wurden mittels Rasterelektronenmikroskopie mit EDX bestimmt. Der Effekt der Oberflächenmodifikation auf die Zellviabilität wurde durch Kultivierung von MC3T3-E1 Zellen auf 1, 2 oder 3 Tagen korrodierten Proben untersucht. Die Zellmorphologie auf diesen Oberflächen wurde mittels F-actin Färbung und Rasterelektronenmikroskopie analysiert. Die stimulierenden und inhibitorischen Effekte der von den pure Mg, Mg2Ag und Mg10Gd Extrakten stammenden Magnesium-Ionen auf Prä-Osteoblasten wurden mittels MTT Assay mit und ohne pH-Wert Anpassung untersucht. Die Expression zweier osteogenen Marker (Collagen I und Runx2) wurde auf nicht-korrodierten Proben mit längerer Immersionszeit (bis zu 12 Tagen) mittels Western Blot und Immunozytochemie evaluiert. Die antibakterielle Aktivität von Mg2Ag, Mg4Ag und Mg6Ag wurde unter Verwendung der beiden verbreitetsten Mikroben-Spezies (S. aureus und S. epidermidis) für bis zu 3 Tagen Kultur mit dem Bio-Screen Gerät gemessen.
Resultate: Mg2Ag als auch Pure Mg zeigten ein ähnliches Korrosionsverhalten. Nadelförmige Kristalle konnten nach 3 Tagen Immersion auf der Oberfläche des Implantats gefunden werden und bedeckten die gesamte Oberfläche beider Materialien nach 8 Tagen vollständig. Auf der Oberfläche von Mg10Gd gab es zu keinem Immersionszeitpunkt einen Hinweis auf Kristallbildung. Der hohe Prozentsatz von Calcium und Phosphor, die sich an der Oberfläche dieses Materials (Mg10Gd) anlagern, kann diese Kristallbildung unterdrücken. Zelluläre Reaktionen: Die Prä-Korrosion des Materials verbesserte das Zellverhalten im Vergleich mit dem nicht-korrodierten Material nicht. Eine verlängerte Prä-Korrosion (3 Tage) führte speziell auf der Oberfläche von pure Mg und Mg2Ag zu einem erhöhten Zelltod. Metabolische Aktivität: Eine geringe Konzentration von Mg, welche bei allen Implantatsorten vorhanden war, hatte einen stimulatorischen Effekt auf MC3T3-E1 Zellen, während eine hohe Konzentration einen negativen Effekt hatte. Genexpression: Die Zellen zeigten eine stetige Hinunterregulierung, wenn sie bis zu 12 Tage auf pure Mg und Mg2Ag kultiviert wurden. Eine ähnliche Hinunterregulierung wurde auch bei Kultivierung auf Mg10Gd beobachtet, allerdings erreichte am Tag 12 das oesteogenische Potenzial der Zellen den Normalwert vergleichbar mit jenem der Kontrollzellen. Antibakterielle Aktivität: Alle Silber-enthaltenden Mg-Implantate zeigten eine gute, antibakterielle Aktivität schon in niedrigen Konzentrationen, jedoch zeigten gesteigerte Silberkonzentrationen keine gesteigerte antibakterielle Aktivität.
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