In-vivo Vergleich der Osseointegration und des Degradationsverhaltens der Magnesium-Scaffolds La2 und LAE442

Einleitung:

Große Knochendefekte müssen meist durch Transplantation körpereigenen Knochengewebes aufgefüllt werden, zu dessen Gewinnung ein Zweiteingriff notwendig ist. Resorbierbare Knochenersatzstoffe auf Magnesiumbasis stellen aufgrund ihrer mechanischen Eigenschaften und Abbaubarkeit eine potenzielle Alternative hierfür dar. Im Rahmen dieser Studie wurde in-vivo die Osseointegration und das Degradationsverhalten von Magnesium-Scaffolds mit interkonnektierenden Poren der aus Vorstudien bekannten Legierung LAE442 und der neuen Magnesiumlegierung La2 untersucht.

Methode:

Zylinderförmige Magnesium-Scaffolds (Länge: 5 mm, Ø 4 mm, max. Porengröße 500 µm) der Legierungen LAE442 (4 Ma.-% Li, 4 Ma.-% Al, 2 Ma.-% seltene Erden) und La2 (2 Ma.-% La) wurden mittels Feingussverfahren hergestellt und mit Magnesiumfluorid beschichtet. Als Kontrollgruppe dienten poröse ß-Tricalciumphosphat (ß-TCP) Implantate gleicher Größe. Die Scaffolds LAE442 (n = 30), La2 (n = 30) und ß-TCP (n = 30) wurden beidseitig in den unbelasteten, spongiösen Teil des Trochanter major ossis femoris von Kaninchen eingebracht. Die Tiere wurden in drei Zeitgruppen von 6, 12 oder 24 Wochen eingeteilt. Es wurden klinische und radiologische Untersuchungen durchgeführt, sowie in-vivo µCT-Aufnahmen in regelmäßigen Abständen (post OP: 0, 2, 4, 6, 8, 10, 12, 16, 20 und 24 Wochen) erstellt.

Ergebnisse:

Klinisch wurden alle Scaffolds gut vertragen. In den in-vivo µCT-Untersuchungen wurde beobachtet, dass das Bohrloch über den Implantaten bei der Mehrheit der LAE442 und ß-TCP nach Woche 6 geschlossen war, bei La2 hingegen erst nach Woche 12. Bei beiden Magnesiumlegierungen kam es während der Degradation zu Gasbildung im Knochen. Diese war bei LAE442 über den gesamten Zeitraum gleichmäßig verteilt, während sie bei La2 bis Woche 12 stärker ausgeprägt war und danach deutlich abnahm. La2 und ß-TCP waren ab Woche 12 bereits stark degradiert und zeigten ein inhomogenes Abbauverhalten, wohingegen LAE442 in Volumen und Dichte über den gesamten Untersuchungszeitraum annähernd konstant blieb. Die Kontrollgruppe ß-TCP wurde gut in den Knochen integriert, gefolgt von der Legierung LAE442 mit etwas weniger Trabekelkontakten. Bei den La2 waren nur vereinzelt Trabekel von der Spongiosa an den Scaffold herangewachsen.

Diskussion:

Aufgrund der relativ schnellen Degradation und der damit erhöhten Gasbildung zeigt La2 im Vergleich zu LAE442 eine schlechtere Osseointegration. LAE442 weist hingegen eine sehr langsame Degradation auf und das Scaffold behält länger seine Ursprungsform. Zusammenfassend haben die Scaffolds der Legierung LAE442 vielversprechende Eigenschaften, die in weiteren Studien im belasteten Knochen untersucht werden sollten.