| Fragestellung
Resorbierbare Implantat-Materialien, wie Poly(-3-hydroxy)butyrat (PHB) oder Magnesiumlegierungen (MgL) werden im Körper abgebaut und müssen daher nicht durch einen „Zweiteingriff“ entfernt werden. Durch den Degradationsprozess wird außerdem die mechanische Last schrittweise auf den heilenden Knochen übertragen. Diese und weitere Vorteile gegenüber konventionellen metallischen Materialien, wie Titan oder Stahl begründen das Interesse an resorbierbaren Implantaten. Ziel dieser Arbeit ist es das osseointegrative Verhalten von PHB basierten Implantaten mit den Zusatzstoffen Herafill® und Zirconiumdioxid (ZrO2) anhand des relativen Knochenvolumens (BV/TV) zu untersuchen und mit der MgL WZ21 zu vergleichen. Zusätzlich soll die Methodik, also die Aussagekraft der in-vivo Erhebung des BV/TV mittels Mikro-Computer-Tomographie (µCT) als Prädiktor mechanischer Stabilität, überprüft werden.
Methodik
Für die Beantwortung der Fragestellung wurden retrospektiv die Daten von insgesamt 84 Ratten ausgewertet. Allen Versuchstieren wurden am Tag 1 des Versuchs in beide Femora ein Implantat aus einer der sechs verschiedenen Materialgruppen in transkortikaler Lage implantiert (PHBnativ, PHB3%ZrO2, PHB3%ZrO2+10%Herafill®, PHB3%ZrO2+30%Herafill®, PHB30%Herafill® und WZ21). Von je sechs Tieren pro Materialgruppe wurde nach drei, sechs und neun Monaten eine in-vivo µCT mit einer Auflösung von 35µm pro Voxel angefertigt. Anschließend wurde das BV in einem Radius von 210µm um das Implantat gemessen, um das BV/TV zu errechnen. Mithilfe der Daten von 48 Versuchstieren aus einer Studie die die mechanische Stabilität der gleichen, transkortikal gelegenen, Implantate mit einem Push-Out-Test (POT) nach drei, sechs und neun Monaten überprüfte [65] wurde anschließend untersucht wie sich die, im POT gemessene, Ultimate-Shear-Strength (σu) zum BV/TV verhält.
Ergebnisse
Die Parameter BV und BV/TV zeigten für alle Materialgruppen eine kontinuierliche Abnahme im Verlauf der neun Monate. Sowohl ZrO2, als auch der Knochenersatzstoff Herafill®, insbesondere aber deren Kombination, hatten einen positiven Einfluss auf die Knochenapposition. Im Vergleich zeigte sich sowohl zwischen PHB3%ZrO2 und PHB3%ZrO2+30%Herafill®, als auch zwischen PHB30%Herafill® und PHB3%ZrO2+30%Herafill® ein signifikant höherer BV/TV-Wert zu Gunsten von PHB3%ZrO2+30%Herafill®. Der Vergleich der BV/TV-Werte von PHB basierten Implantate mit WZ21 erbrachte für die 3-Monats-Messwerte eine signifikant höhere Knochenanbaurate für die Magnesiumlegierung. Im weiteren Verlauf war die Beurteilung aufgrund der Degradation von Magnesium nur mehr erschwert möglich. Ungleich den PHB-Implantaten wies WZ21 eine extrem hohe σu von 5,15 (3m) bzw. 5,74 (6m) N/mm2 auf gegenüber 0,39(3m) und 0,24 (6m) N/mm2 für PHB3%ZrO2 und 0,41(3m) bzw. 0,52(6m) N/mm2 für PHB3%ZrO2+30%Herafill®. Die Mittelwerte von BV/TV korrelierten insgesamt kaum mit σu, zum 6-Monats-Zeitpunkt verhielten sich die Parameter teilweise gegenläufig.
Schlussfolgerung
Die Kombination aus 30% Herafill® und ZrO2 zeigt innerhalb der PHB basierten Implantat-Gruppen die besten Ergebnisse für BV/TV und σu. Der Vergleich mit WZ21 war nicht möglich, da die Erfassung des BV im Falle von WZ21 aufgrund der, im Vergleich zu PHB, hohen Resorptionsgeschwindigkeit unvollständig war. Gleichzeitig hatten die mit der Resorption einhergehenden Oberflächenveränderungen starke Auswirkungen auf die gemessene σu. Dementsprechend ist der prädiktive Wert von BV/TV für die mechanische Stabilität des Bone-Implant-Interface (BII) in dieser Studie nicht gegeben. Weitere Ursachen für diesen fehlenden Zusammenhang liegen in der geringen Auflösung der in-vivo Bildgebung (35µm/Voxel) und der daraus resultierenden Dimension der „Region Of Interest“ von 210 µm sowie der transkortikalen unfixierten Einbringung der Pins.
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