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Bibliografische Informationen
 CHARAKTERISIERUNG DER KNOCHEN-IMPLANTAT-GRENZFLÄCHE VON IMPLANTATEN AUF MG-BASIS UNTER DEM EINFLUSS VON KÖRPERLICHER AKTIVITÄT  
 Biodegradierbare Implantate, wie zum Beispiel Magnesium (Mg)-basierte Implantate, wurden in den letzten zwei Jahrzehnten intensiv erforscht und gelten in der Orthopädie und Unfallchirurgie als vielversprechende Alternative zu permanenten Metallen, wie Titan oder Stahl. Mg-Implantate sind resorbierbar, biokompatibel, weisen ähnliche mechanische Eigenschaften, wie die des menschlichen Knochens auf. Alter, Aktivität und Geschlecht sind nur einige Eigenschaften die die Eigenschaften des Knochens beeinflussen. Im Hinblick auf die Patientensicherheit müssen daher neue Materialien unter verschiedenen Bedingungen eingehend getestet werden. Obwohl körperliche Betätigung als Vorteil für das Muskel-Skelett-System betrachtet wird, ist jedoch nach wie vor unklar, ob eine unmittelbare Belastung oder sogar eine körperliche Betätigung in der frühen Phase nach der Implantation die Knochenbildung fördert oder aber unerwünschte Reaktionen hervorruft.

Daher stellten wir die Hypothese auf, dass frühe postoperative Bewegung die Knochenheilung bei Ratten fördert und das Knochen-Implantat-Interface nach der Mg-Implantation beeinflusst.

Das erste Ziel meiner Dissertation war die Untersuchung des Heilungsprozesses von non-critical-size-Knochendefekten in nicht trainierten (NT) und trainierten (TR) Ratten. Das zweite Ziel des Projekts war die Untersuchung der Auswirkungen körperlicher Betätigung auf die Osteointegration, das Knochenwachstum und die Degradationsleistung der extrahochreinen (Xhp-Mg) und der Mg-Legierung ZX00 (Mg<0,5 Gew.-% Zn <0,5 Gew.-% Ca) über eine bestimmte Studiendauer.

Für die Studie wurden insgesamt 136 männliche, junge, heranwachsende Ratten eingeschlossen, die in die Teilstudie I (n=20) und II (n=116) unterteilt wurden. In Teilstudie I wurden 20 Ratten zufällig in zwei Versuchsgruppen eingeteilt, die TR-Gruppe oder die NT-Gruppe. Alle Tiere wurden einer sham-OP unterzogen und Flurochrome wurden zu bestimmten Zeitpunkte administriert. Die TR-Gruppe absolvierte zusätzlich ein zweiwöchiges Laufbandtraining. In Teilstudie II wurden 116 Ratten je nach chirurgischem Eingriff zufällig in vier Versuchsgrup-pen eingeteilt: (i) ZX00, (ii) Xhp-Mg oder (iii) Ti-Implantation oder Scheinoperation. Alle Ope-rationen wurden bikortikal und bilateral in der Femurdiaphyse durchgeführt. Die Tiere wurden dann zufällig den beiden Untersuchungsgruppen, der TR- oder NT-Gruppe, zugeordnet. Zu bestimmten Zeitpunkten wurden die Tiere euthanasiert und Blut, Femur, Lymphknoten und Milz für weitere Analysen entnommen. Der Knochenheilungsprozess und das Knochen-Implantat-Interface wurden mit in vivo und ex vivo-Mikro(μ)-CT-Bildgebung, dreidimensionaler (3D) Implantatcharakterisierung mit Quantifizierung, Biochemie, Histologie und Histomorphometrieanalyse bewertet. Zusätzlich wurden mögliche systemische Auswirkungen mittels Blutbild und Weichteilhistologie beurteilt.

Die Auswertung ergab, dass körperliche Betätigung die Knochenheilungskinetik bei TR-Ratten nach einem Zeitraum von einer Woche erhöht, wobei ein qualitativer Unterschied in der Mikroarchitektur des Knochens sichtbar wurde. Außerdem war die Mineralisierungsrate (MAR) bei TR-Ratten nach 9 Tagen signifikant höher. In der zweiten Teilstudie zeigte sich bei erhöhter körperlicher Aktivität kein Unterschied im Abbauverhalten von Mg-basierten Implantaten zwischen den getesteten Gruppen. Das Knochen-Implantat-Interface zeigte jedoch bei TR-Ratten nach 6 Wochen eine qualitativ bessere Osseointegration in den Gruppen ZX00 und Xhp-Mg sowie in der Kontrollgruppe Ti. Darüber hinaus ergab eine weitere histomorphometrische Ana-lyse eine erhöhte MAR um die ZX00-Implantate, die bei den TR-Ratten nach 9 und 17 Tagen deutlicher ausfiel. Sowohl die Mg- als auch die Ti-Implantate erwiesen sich als biokompatibel, da auf den ausgewerteten knochenhistologischen Objektträgern nach allen drei Zeitpunkten keine Fremdkörperreaktion zu erkennen war. Auch auf den histologischen Präparaten der untersuchten Lymphknoten und der Milz waren keine nachteiligen Auswirkungen zu erkennen.

Zusammenfassend zeigten die Ergebnisse, dass eine Steigerung der körperlichen Betätigung unmittelbar nach dem chirurgischen Eingriff zur Knochenheilungskinetik beiträgt, ohne dass dies Auswirkungen auf die Abbauleistung des Implantats hat. Darüber hinaus verbesserte das Laufbandtraining die Osteointegration der Mg-basierten Implantate und erhöhte die MAR um die ZX00-Implantate.







 
 Magnesium, Implantate, Knochen, Bewegung  
 
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 Orthopädie
Autorinnen*Autoren / Co-Autorinnen*Co-Autoren
  Suljevic, Omer
Betreuende Einrichtung / Studium
  Universitätsklinik für Orthopädie und Traumatologie
 UO 094 202 PhD-Studium (Doctor of Philosophy); Humanmedizin  
Betreuung / Beurteilung
  Weinberg, Annelie-Martina; Assoz. Prof. Priv.-Doz. Dr.med.
  Sommer, Nicole; Priv.-Doz. PhD.
  Lichtenegger, Helga ; Dr.rer.nat.