Evaluierung der Osseointegration von plasmapolymerbeschichteten Implantaten aus Titan
Gabler C, Zietz C, Haenle M, Finke B, Meichsner J, Lüthen F, Frerich B, Bader R
Fragestellung: Für eine dauerhafte Integration von zementfrei eingebrachten endoprothetischen Implantaten ist ein direktes knöchernes Anwachsen essentiell. Mittels Plasmapolymerisation ist es möglich, positiv geladenene Schichten im Nanometerbereich auf die Implantatoberfläche aufzubringen und somit die Adhäsion und das Anwachsen von Osteoblasten zu begünstigen. Ziel der experimentellen Studie war die Quantifizierung von plasmapolymerbeschichteten Titan-Implantate hinsichtlich Adhäsion humaner Knochenzellen in vitro sowie der Evaluierung der Osseointegration in vivo.
Methodik: Drei verschiedene Prüfkörperoberflächen aus Titan (TiAl6V4) wurden untersucht: beschichtet mit plasmapoylmerisiertem Allylamin (PPAAm), beschichtet mit plasmapolymerisiertem Ethylendiamin (PPEDA) versus unbeschichtete Oberfläche. Die Scherspannung auf humane osteoblastenähnliche MG-63-Zellen wurde in vitro mit einer Adhäsions-Prüfvorrichtung, basierend auf den Spinning-Disk-Prinzip untersucht. Dafür wurden die fluoreszenzgefärbten Zellen auf scheibenförmigen Ti6Al4V-Proben für 18 h in Zellkulturmedium inkubiert und für drei Minuten rotiert. Mit einem inversen konfokalen Laser-Raster-Fluoreszenzmikroskop wurden die Postitionen der Zellen vor und nach der Adhäsionsmessung ausgewertet. In tierexperimentellen Untersuchungen wurde zudem die Kontakt von Implantat und umgebenden Knochen ausgewertet. Hierzu wurden konische Ti6Al4V-Implantate bilateral in die mediale Tibia von insgesamt 16 weiblichen Sprague-Dawley Ratten (PPAAm: 5, PPEDA: 5, unbeschichtet: 6) eingesetzt. Sechs Wochen nach der Implantation wurde nach Euthanasie der Tiere der Knochen-Implantat-Kontakt von insgesamt 20 Implantaten (PPAAm: 6, PPEDA: 7, unbeschichtet: 7) mittels Histomorphometrie bestimmt. Hierfür wurde von jedem Implantat ein Schnitt in Längsrichtung angefertigt und mit Toluidinblau gefärbt. Die Teile des Implantats, die außerhalb des Knochens gelegen waren, wurden in der histomorphometrischen Analyse nicht berücksichtigt. Der Knochen-Implantat-Kontakt wurde als Prozentsatz der Oberflächenlänge, welche direkt mit Knochen bewachsen war, zur Gesamtoberflächenlänge des Implantats bestimmt.
Ergebnisse und Schlussfolgerung: In den Adhäsionsversuchen wiesen die Zellen auf beiden Plasmapolymer-Schichten eine signifikant höhere Scherspannung auf (p≤0.05) als auf der unbeschichteten Oberfläche auf. Die unbeschichteten Implantate zeigten mit 40.4% die geringste Knochenkontaktfläche in vivo. Die Implantate mit PPAAm-Beschichtung zeigten mit 58.5% eine deutliche, wenn auch nicht signifikante Erhöhung (p=0.16), wohingegen die Implantate mit PPEDA-Beschichtung mit 63.7% einen signifikante (p=0.03) erhöhten Knochenkontakt erzielten. Die Plasmapolymerschichten wirken sich durch den positiven Einfluss auf die Adhäsion von Knochenzellen an der Oberfläche vorteilhaft auf die Osseointegration von Titan-Implantaten aus. Die gezeigten Ergebnisse unterstützen den Einsatz von PPAAm und PPEDA als osseoinduktive Implantatoberfläche in zukünftigen klinischen Anwendungen.
Deutscher Kongress für Orthopädie und Unfallchirurgie (DKOU 2014). Berlin, 28.-31.10.2014. Düsseldorf: German Medical Science GMS Publishing House; 2014. DocGR18-1399
doi: 10.3205/14dkou525, urn:nbn:de:0183-14dkou5257
Published: October 13, 2014
© 2014 Gabler et al.
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