In-vivo Degradationsstudie von CaMgP- und MgP-Scaffolds im unbelasteten Knochendefektmodell

Einleitung Zu den wichtigsten Charakteristika resorbierbarer Knochenersatzmaterialien (KEM) zählen eine gute Biokompatibilität, mechanische Stabilität und eine geeignete Mikrostruktur. Zwar wird ß-TCP häufig als KEM verwendet, es weist jedoch nur eine geringe Stabilität auf und unterliegt in vivo einer langsamen Biodegradation. Magnesiumphosphate (MgP) sind wie ß-TCP biokompatibel, haben aber im Vergleich eine höhere initiale Festigkeit und Löslichkeit. Die Kombination von CaP und MgP bietet die Möglichkeit die Biodegradation an die Knochenregeneration anzupassen. In dieser Studie wurde die Degradation und Knochenregeneration 3D-gedruckter MgP- und CaMgP-Scaffolds im unbelasteten Knochendefekt für 12 Wochen untersucht.

Methode Aus keramischen Zementpulvern Mg3(PO4)2 (Mg3; n=24) und Ca0,25Mg2,75(PO4)2 (Mg275; n=24) wurden mittels 3D-Pulverdruck Zylinder (h=5 mm, Ø=4 mm) hergestellt. Diese wurden anschließend gesintert und mit Diammoniumhydrogenphosphat nachbehandelt. ß-TCP (Ca3(PO4)2, n=24) in gleicher Dimension diente als Referenz. Die Scaffolds wurden in einen Bohrlochdefekt in den spongiösen Bereich des distalen lateralen Kondylus beider Femura von 36 Kaninchen implantiert. Postoperativ wurden die Kaninchen engmaschig klinisch und orthopädisch untersucht. Zur Ermittlung der Degradation wurden im Abstand von 2 Wochen radiologische und in vivo µ-CT-Untersuchungen durchgeführt. Nach 6 und 12 Wochen wurde der Knochen-Scaffold-Verbund zur Beurteilung der Knochenregeneration in einem höher auflösenden ex vivo µCT80 untersucht.

Ergebnisse Alle Scaffolds wurden klinisch gut vertragen. Röntgenologisch waren Mg3 und Mg275 nach 12 Wochen im Gegensatz zu ß-TCP nicht mehr nachweisbar. Im in vivo µCT zeigte sich eine konstante Volumenabnahme bei Mg3 (51%) und Mg275 (64%) bis Woche 12. Bei ß-TCP lag die Volumenabnahme hingegen nur bei 21%. Während des Umbauprozesses bildete sich ab Woche 2 zwischen einsprossenden Trabekeln am Scaffoldrand und dem Implantatkern eine strahlendurchlässige radiäre Resorptionszone, die nach 10 Wochen bei Mg275 und nach 12 Wochen bei Mg3 nicht mehr zu sehen war. Im µCT80 ließ sich bei ß-TCP das höchste Knochenvolumen und die höchste Anzahl an Knochentrabekeln im ursprünglichen Scaffoldbereich beobachten, jedoch wuchsen die Trabekel bei Mg3 und Mg275 schneller ein und wurden mit der Zeit dicker.

Diskussion Alle Implantate zeigten eine gute klinische Verträglichkeit. Die MgP-haltigen Scaffolds degradierten deutlich schneller als ß-TCP. Trotz des zu erwarteten langsameren Abbaus von Mg275 aufgrund des CaP-Anteils degradierte das Material schneller als Mg3. Das Knocheneinwachsverhalten verhielt sich bei Mg3 und Mg275 ähnlich. Aufgrund der im Vergleich zu ß-TCP schnelleren Trabekeleinsprossung sind MgP-basierte Implantate als vielversprechend zu bewerten, die jedoch noch im belasteten Defektmodell zu untersuchen sind.

Keywords resorbierbarer Knochenersatz, Calcium-Magnesium-Phosphat-Zemente, unbelastetes Knochendefektmodell, Magnesium-Phosphat-Zemente, Degradationssudie, 3D-Pulverdruck

Korrespondenzadresse Sophia Laura Hiepe, Ludwig-Maximilians-Universität München, Chirurgische und Gynäkologische Kleintierklinik, Veterinärstraße 13, 80539 München, Deutschland, E-Mail: [e-mail]

Publikationsverlauf

Artikel online veröffentlicht:
08. September 2022