Medizinische Universität Graz

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Bibliografische Informationen

Titel

Biokompatibilitätsanalyse verschiedener bioresorbierbarer Magnesium Legierungen im Rattenmodell

Kurzfassung

Einleitung Materialien aus biodegradierbarem Magnesium (Mg) wurden auf ihre Eigenschaften für orthopädische Produkte untersucht. Unterschiedliche chemische Elemente wie zum Beispiel Seltene Erden werden oft als Legierungselemente den Mg Legierungen zu gemischt um die mechanischen Eigenschaften und die Degradationsbeständigkeit zu verbessern. Speziell für die mögliche Anwendung bei kindlichen Knochenbrüchen müssen Fragen nach deren Anwendbarkeit und Sicherheit geklärt werden. In den meisten Studien werden die Degradationseigenschaften und Biokompatibilität der Mg Legierungen in vivo mit micro-focused Computer Tomography (µCT) untersucht. Zusätzlich kann man über histologische Analysen in der neuen Technovit 9100 New Einbettungsmethode weitere und detailliertere Informationen erlangen wie und ob das Degradationsverhalten die Knochenzellen während des Heilungsprozesses beeinflussen kann.
Material und Methoden Die Epiphyse des distalen Femur wurde verwendet, um histologische Protokolle für die Einbettung von Rattenknochen in Technovit 9100 New zu etablieren. Zylindrische Pins von reinem Mg (99,99%) und zwei binären Mg Legierungen, Mg2Ag und Mg10Gd, wurden benutzt, um das Degradierungsverhalten in wachsenden Sprague-Dawley® Ratten in einer langfristigen Studie über 36 Wochen zu untersuchen. Nach 1, 4, 12, 24 und 36 Wochen. In vivo microCT Scans mittlerer Auflösung wurden bei 1, 4, 12, 24 und 36 Wochen postoperativ durchgeführt, um die longitudinale Degradierung von jeder Legierung innerhalb desselben Tiers zu beachten. Außerdem wurden ex vivo microCT Scans hoher Auflösung durchgeführt und die gleichen Knochen Schnitte wurde mit Toluidin Blue-O 4 und 24 Wochen nach der Operation gefärbt. Zusätzlich wurde die Verteilung von den Mg und Gd Elementen innerhalb der Organe 4, 12, 24 und 36 Wochen nach der Operation untersucht.
Resultate Die Färbungen der in Technovit 9100 New eingebetteten Proben konnten etabliert werden. Zusätzlich konnte eine langsamere Degradation von reinem Mg und Mg2Ag gegenüber dem schnell zerfallendem Mg10Gd gezeigt werden. Reines Mg und Mg2Ag wurden nach 24 Wochen gut in den Knochen eingebaut. Beide Legierungen wiesen keine nachteiligen Reaktionen auf den Knochen auf während sie moderat im Knochen degradierten. Im Gegensatz dazu stören die desintegrierten Mg10Gd Reste die 12 Wochen nach der Operation aufgetaucht sind bis zum Ende der Studie nach 36 Wochen den Remodelling Prozess des Knochens. Diese Mg10Gd Stücke sind umgeben von fibrösem und knochigem Gewebe. Zusätzlich dazu wurde die Mg und Gd Ionen Konzentration in Organ- und Blutproben untersucht. Die Ergebnisse zeigten, dass Gd speziell in Milz, Lunge, Leber und Niere der Ratte nach 36 Wochen nach der Operation noch akkumuliert ist, wobei die Blutproben keine Akkumulation von Gd oder Mg Ionen aufwiesen.
Diskussion Histologische Analysen der Knochenproben eingebettet in Technovit 9100 New können sehr detaillierte Informationen über die realen in vivo Gegebenheiten auf zellulärer Ebene zur Verfügung stellen. Mg10Gd induziert weniger positive Gewebereaktionen, obwohl Mg2Ag gemäßigte und ausreichende Biodegradation und keine nachteiligen Reaktionen im Knochenheilungsprozess gezeigt hat, was für ein Osteosynthese versprechend sein könnte, ist die Biokompatibilität bezogen auf zugefügte Elemente im Kindesalter fraglich. Es wird auch gezeigt, dass Langzeit-Studien bezüglich der Biodegradation der Mg-Legierungen parallel zu der Ionen Konzentration von den Legierungselementen in Organen und Blutserum notwendig sind.

Schlagwörter

Biodegradation, Magnesium Legierungen, Histologie, Implantat, Osteosynthese

Anzahl Seiten

Publikationsjahr

2016

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