Dissertation

Tierärztliche Hochschule Hannover / Bibliothek – School of Veterinary Medicine Hannover / Library

 

Julia Diekmann

 

Einfluss der Korrosionsprodukte eines biodegradablen kanülierten Pins aus einer Magnesiumlegierung auf die Synovialis des Kniegelenks im Kaninchenmodell

 

NBN-Prüfziffer

urn:nbn:de:gbv:95-102840

title (engl.)

Influence of corrosion products of a biodegradable magnesiumpin (MGYREZr-alloy) on the synovial membrane of the knee in rabbits

publication

Hannover, Tierärztliche Hochschule, Dissertation, 2013

text

http://elib.tiho-hannover.de/dissertations/diekmannj_ss13.pdf

abstract (deutsch)

Das Ziel der vorliegenden Arbeit war die Untersuchung des Einflusses der Korrosionsprodukte einer bioresorbierbaren Magnesiumlegierung (MgYREZr) auf die Synovialmembran des Kniegelenkes.

Dazu wurden aus der zu untersuchenden Legierung kanülierte Pins mit den Maßen 9 mm x 2 mm gefertigt. Als Kontrollimplantat dienten kanülierte Pins aus Titan (TiAl6V4), die identische Maße hatten. Als Versuchstiere wurden insgesamt 36 Kaninchen der Rasse New Zealand White eingesetzt. Die Tiere wurden in zwei Gruppen unterteilt, wovon 18 Tiere einen Pin aus der Magnesiumlegierung und 18 Tiere einen Pin aus Titan implantiert bekamen. Die zwei Gruppen wurden in drei Untergruppen mit unterschiedlichen Implantationszeiten unterteilt. Die Implantationszeiten betrugen 1, 4 und 12 Wochen. Pro Tier wurde jeweils ein Pin zwischen die beiden Femurkondylen (Notch) des linken Kniegelenks implantiert. Dieser Implantationsort wurde gewählt, weil die bei der Degradation entstehenden Produkte so Zugang zum Gelenk hatten und Einfluss auf die Synovialmembran nehmen konnten. Um den Einfluss der Korrosionsprodukte auf die Blutzusammensetzung zu kontrollieren, wurden vor der Operation und am Ende der Implantationszeit Blutproben entnommen. Bei der Auswertung wurden vor allem die Nierenwerte und die Aktivität der Leberenzyme betrachtet, um die Auswirkungen auf die Organe zu untersuchen. Außerdem wurde die Konzentration von Magnesium im Serum gemessen. Nach den verschiedenen Implantationszeiten wurden im Rahmen der Sektion Synovialflüssigkeit und Proben der Synovialmembran entnommen. Beides wurde pathohistologisch auf Entzündungsreaktionen untersucht und mittels semiquantitativem Score bewertet. Die Tiere zeigten im Laufe der Versuchszeit keine Beeinträchtigungen des Allgemeinbefindens. Es traten keine Infektionen des Operationsbereiches, keine Lahmheiten oder subkutane Gasansammlungen auf. Auf den Röntgenaufnahmen waren keine Gasansammlungen und keine Veränderungen der Knochenstruktur zu sehen. Die Ergebnisse der Blutuntersuchung zeigten keine signifikanten Unterschiede zwischen den Implantatgruppen. Die anfänglich auftretenden Synovialitiden waren geringgradig ausgeprägt und zeigten im Laufe der gesamten Versuchsdauer eine progressiv rückläufige Tendenz. Es zeigten sich vergleichbare Ergebnisse in den beiden Implantatgruppen ohne signifikante Unterschiede. Während der gesamten Versuchsdauer traten keine hochgradigen Entzündungsreaktionen auf. Die durchgeführten Untersuchungen zeigten eine gute Verträglichkeit der eingesetzten Magnesiumlegierung in Bezug auf die Synovialmembran. Die Befunde der histologischen Untersuchung waren in beiden Gruppen vergleichbar und traten im Rahmen einer zu erwartenden posttraumatischen Reaktion auf. Es zeigte sich eine adäquate Regeneration der Synovialis im Laufe der Implantationszeit mit abklingenden Entzündungsreaktionen. Durch die in dieser Studie erzielten Ergebnisse konnte die Eignung der getesteten Magnesiumlegierung für intraartikuläre Anwendungen dargestellt werden.

Aus der getesteten Magnesiumlegierung werden im Rahmen des Transferprojektes T3 des Sonderforschungsbereiches SFB 599 „ Zukunftsfähige bioresorbierbare und permanente Implantate aus metallischen und keramischen Werkstoffen“ Interferenzschrauben gefertigt, welche in weiteren biomechanischen Versuchen auf ihre mechanischen Eigenschaften untersucht werden. In einem folgenden In-vivo-Versuch finden Untersuchungen über die Auswirkungen der Degradationsprodukte und die Interaktion zwischen Sehnen-Implantat-Knochen-Interface statt. Das Ziel des Projektes ist die Herstellung von bioresorbierbaren Interferenzschrauben aus der getesteten Magnesiumlegierung MAGNEZIX® für den Einsatz in der Kreuzband-Rekonstruktion in der Humanmedizin.

 

abstract (englisch)

The aim of this study was to observe the influence of corrosion products released by a biodegradable pin made of a magnesium MgYREZr-alloy (MAGNEZIX®) on the synovial membrane of the stifle joint of rabbits.

The animal experiment included a total number of 36 adult, female New Zealand White Rabbits. The animals were divided into two implant groups with 18 animals per group. In the first group a magnesium pin was implanted and the second group was used as a control group with the implantation of a titanium pin. The groups were subdivided into 3 groups with the implantation periods of 1, 4 and 12 weeks. During surgery the pins were implanted into the femoral notch of the left stifle joint of each rabbit. This localization was chosen to ensure that the resulting degradation products had access to the joint and could so influence the synovial membrane. Before surgery and at the end of the implantation periods blood samples were taken to monitor the influence of the corrosion products on the blood composition. The evaluation was focussed on the blood values of the liver, kidneys and the concentration of serum magnesium. After the implantation periods of 1, 4 and 12 weeks the rabbits were sacrifized and samples of the synovial fluid and synovial membrane were collected and examined histologically. The histological evaluation was performed by a semiquantitative score (KRENN et al. 2002) and was focussed on inflammatory reactions. Clinically, all implants were well tolerated without any signs of inflammation or lameness. There was no evidence of subcutaneous gas cavities. The radiological examination indicated no excessive gas formation and no alterations of the bone structure. The blood results showed no significant increase and no significant differences between the groups. The histological evaluation of the synovial membrane showed some mild inflammatory reactions after 1 and 4 weeks with a marked declination after 12 weeks. However, there were no statistically significant differences between the two implant groups. There was a faster declination of the inflammatory reactions in the titanium group after 12 weeks of implantation. The corrosion products of the magnesium implant might be responsible for the delay of the regeneration process. Nevertheless, the tendency of the healing process after 12 weeks was progressive in both groups and there was no evidence of moderate or high grade synovitis. The results of both implant groups were comparable and showed a slight posttraumatic inflammatory reaction as expected. After 12 weeks of implantation, both implant groups showed an adequate regeneration of the synovial membrane with a markable declination of the inflammation. The outcome of this study confirms the suitability of the tested magnesium alloy MAGNEZIX® for intraarticular applications.

Based on these results, the following study within the project T3 of the Collaborative Research Center SFB 599 “Sustainable bioresorbable and permant implants made of metallic and ceramic materials” deals with the fabrication of interference screws made of the tested magnesium alloy. These screws will be first mechanically tested. In an animal experiment, examinations will be made to investigate the influence of the magnesium alloy and corrosion products on the implant-tendon-bone-interface. The aim of the project T3 is the manufacturing of biodegradable magnesium interference screws for the application in anterior-cruciate-ligament-reconstruction in human medicine.

 

keywords

Magnesiumlegierung, Synovialis, Kaninchen, magnesium alloy, synovial membrane, rabbit

kb

8.076