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Osteozyten repräsentieren die strukturelle Qualität und beeinflussen die biomechanische Stabilität von Knochen
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Veröffentlicht: | 23. Oktober 2017 |
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Fragestellung: Das strukturelle Design und die Materialzusammensetzung von Implantaten beeinflussen deren osseointegartives und biomechanisches Potential. Je nach Anwendungsgebiet werden bei Endoprothesen antibakterielle Eigenschaften der eingesetzten Implantate (bei Revisionen) oder eine möglichst schnelle Einheilung gewünscht. Bei der chirurgischen Versorgung von Frakturen werden lasttragende Implantate benötigt. Mechanische Belastungen im Knochen werden durch Osteozyten registriert und führen zu anabolen oder katabolen Prozessen am mineralisierten Knochen. Funktionalisierte Implantate mit bioaktiven Molekülen könnten eingesetzt werden, um die Zellproliferation an der Kontaktfläche zwischen Implantat und Körper positiv zu beeinflussen und damit die biomechanische Stabilität des Knochens wieder herzustellen.
In dieser Studie wurde das Zusammenspiel zwischen Osteozyten und bioaktiven Implantatbeschichtungen im Hinblick auf die biomechanische Stabilität und die Qualität der Knochenmatrix an der Schnittstelle zwischen Implantat und Knochen untersucht.
Methodik: In dieser Studie wurden 48 männliche Sprague Dawley Ratten einer von drei Gruppen zugeordnet: 1) standard Titanimplantat (Ti) als Kontrollgruppe, 2) Titanimplantat mit Gelatine beschichtet (Gel) oder 3) Titanimplantat mit Hyaluronsäure beschichtet (HA). Die Implantate wurden von proximal in den Markraum der Tibia eingebracht und die Euthanasie der Tiere erfolgte nach 3 oder 8 Wochen Einheilungsdauer. Die biomechanische Analyse erfolgte in Form eines "pull-out" Tests. Querschnitte der Tibiae wurden mit Masson-Goldner (modifiziert) oder Silbernitrat gefärbt, um die Fläche an neu gebildetem Knochenmaterial und die Osteozytenzahl histomorphometrisch zu bestimmen. Für die Histomorphometrie wurde die Software ImageJ V1.47 und für die statistische Auswertung IMB SPSS V.21 verwendet.
Ergebnisse und Schlussfolgerung: Nach drei Wochen weisen alle Proben neu gebildeten mineralisierten Knochen um das Implantat auf. Die um das Implantat neu gebildete Knochenfläche nimmt zum Zeitpunkt 8 Wochen im Vergleich zum früheren Zeitpunkt (3 Wochen) innerhalb der Gruppen zu. Zwischen den Gruppen ließen sich zu beiden Zeitpunkten keine Unterschiede bei der neu gebildeten Knochenfläche nachweisen. Biomechanisch zeigten sich zum späteren Zeitpunkt (8 Wochen) signifikante Unterschiede (p ≤ 0,05) zwischen der Kontrollgruppe und den Versuchsgruppen Gel wie auch HA.
Bioaktive Implantatbeschichtungen verbessern die biomechanische Stabilität. Unter pathologischen Bedingungen (z.B.: Osteoporose) können verbesserte biomechanische Eigenschaften von Implanaten die Entstehung von Pseudarthrosen verhindern. Die Osteozytenzahl pro Knochenfläche ermöglicht Aussagen zur Qualität des neu gebildeten Knochens und ist Gegenstand der aktuellen Auswertung.