Radiologischer und histomorphometrischer Vergleich von Degradationsverhalten und Osseointegration PEO-oberflächenmodifizierter und nichtoberflächenmodifizierter ZX00-basierter Magnesiumimplantate

Die chirurgische Frakturversorgung mit resorbierbaren Osteosynthesematerialien auf Magnesiumbasis hat sich in der Vergangenheit für manche Indikationen als vorteilhaft gegenüber nichtresorbierbarem Osteosynthesematerial wie Titan oder resorbierbaren Osteosynthesematerialien auf Polymerbasis erwiesen. Die Limitation für den routinemäßigen Einsatz ist das bei der Degradation frei werdende Wasserstoffgas, was in vorangegangenen Studien zu subkutanen und intraossären Gasansammlungen um das Implantat führte. Um einen stabilen Knochen-Implantat-Kontakt während der Frakturheilung zu gewährleisten und im späteren Verlauf der Degradation keine nachteiligen Effekte im Knochen um das Implantat zu erhalten, wurde mittels Legierung und Beschichtung von magnesiumbasierten Implantaten versucht, die Degradation zu verlangsamen. Ziel der Dissertation war es somit, erstmals im Großtierversuch das Degradationsverhalten sowie die Reaktion des umgebenden Knochens auf ZX00-Implantate mit und ohne PEO-Oberflächenmodifikation nach 6, 12 und 18 Monaten Implantationszeit zu untersuchen und gegenüberzustellen. Dafür wurden die Implantate in das Os frontale von Minipigs eingebracht und nach der jeweiligen Standzeit nach Explantation der Implantate mit umliegenden Knochen radiologisch und histomorphometrisch analysiert. Das Residualvolumen konnte in der Micro-CT-Untersuchung aufgrund der Dichte des Materials berechnet werden (SV/TV). In der histomorphometrischen Untersuchung wurde ebenfalls der noch nicht resorbierte Anteil an Implantationsmaterial mittels der Fläche des Implantatquerschnitts (SA/TA) berechnet. Die Ergebnisse beider Untersuchungsmethoden zeigen, dass das Residualvolumen der PEOoberflächenbeschichteten Implantate zu jedem Zeitpunkt höher ist und somit die Beschichtung erfolgreich die Degradation verlangsamt. Signifikante Unterschiede zeigten sich in der radiologischen Auswertung nach 12 und 18 Monaten Implantationszeit (p < 0,001), in der histomorphometrischen Untersuchung nach 12 Monaten (p < 0,001). Im Vergleich des Residualvolumens (SV/TV) zeigte sich nach 18 Monaten ein signifikant (p < 0,001) niedrigerer Wert als nach 6 Monaten bei den unbeschichteten Implantaten. Bei den beschichteten Implantaten war durch die verlangsamte Degradation der Unterschied nicht signifikant (p = 0,25).
Durch die verlangsamte Degradation der PEO-Oberflächenbeschichtung und der daraus resultierenden langsameren Freisetzung von Gas sollte die Bildung von Hohlräumen im Knochen reduziert und somit die Osseointegration verbessert werden. Radiologisch und histomorphometrisch wurden jeweils zwei Bereiche von der ursprünglichen Implantatgrenze bis 0,5 mm und bis 1,5 mm auf den Anteil an mineralisiertem Knochen innerhalb der Auswertungsbereiche (BV/TV in der radiologischen, BA/TA in der histomorphometrischen Untersuchung) untersucht. Die radiologischen Ergebnisse zeigen einen signifikant höheren BV/TV (p < 0,001) in beiden Bereichen nach 18 Monaten Implantationszeit bei den PEObeschichteten Implantaten. Histomorphometrisch ergaben sich die gleichen Tendenzen.
Im Vergleich des Volumenanteils an mineralisiertem Knochen (BV/TV) um die Implantate nach 6 und 18 Monaten Implantationszeit zeigten sich in beiden Untersuchungsbereichen die gleichen Tendenzen. Zwischen ursprünglicher Implantatgrenze und 0,5 mm Umgebung zeigt sich ein signifikant höherer mineralisierter Knochenanteil (p = 0,035) nach 18 Monaten beim beschichteten Implantat. Der BV/TV-Anteil nimmt hingegen bei den unbeschichteten Implantaten im Untersuchungsbereich bis 1,5 mm zur ursprünglichen Implantatgrenze im gleichen Untersuchungszeitraum signifikant ab (p = 0,034). Weshalb der Unterschied des Knochenvolumens erst zum letzten Untersuchungszeitpunkt auftritt, bleibt unklar. Ausgehend von den Ergebnissen dieser Studie wird vermutet, dass die PEO-Oberflächenbeschichtung im Untersuchungszeitaum bis 18 Monate post implantationem die Osseointegration durch verminderte Bildung von Hohlräumen verbessern kann.