Dissertation

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

Leonie Wolters

Untersuchung zur Biokompatibilität und Degradation von Platten-Schrauben-Kombinationen aus Magnesiumlegierungen im in vitro Knochenmodell sowie im Kaninchenmodell

NBN-Prüfziffer

urn:nbn:de:gbv:95-105326

title (engl.)

Examination of the biocompatibility and degradation of magnesium alloy plate-screw-systems in an in vitro bone model and in a rabbit model

publication

Hannover, Tierärztliche Hochschule, Dissertation, 2014

text

http://elib.tiho-hannover.de/dissertations/woltersl_ss14.pdf

abstract (deutsch)

Durch die Verwendung biodegradabler Osteosynthesesysteme nach Knochenfrakturen können eine Zweitoperation und die damit einhergehenden Risiken und Kosten vermieden werden. Daher war es das Ziel dieser Arbeit, Platten-Schrauben-Systeme aus Magnesiumlegierungen in vitro zu testen und auf ihre Anwendbarkeit an lasttragenden Knochen in vivo zu überprüfen. Dafür wurden die Magnesium-legierungen LAE442 und La2 verwendet. Als Kontrolle dienten dabei Platten und Schrauben der gleichen Geometrie aus Stahl, die standardmäßig zur Fraktur-versorgung eingesetzt werden.

Im Rahmen dieser Arbeit wurden das Korrosionsverhalten sowie die Biokompatibilität dieser Implantate untersucht. Ein Fokus wurde dabei auf die Ermittlung des Einflusses unterschiedlicher Oberflächenbehandlungen, Beschichtungen und  Lagerungszeiträume der Implantate der LAE442 Legierung gelegt. In vitro als auch in vivo wurden die Magnesiumimplantate an der Tibia von Kaninchen fixiert, wobei in vivo die Implantate auch Kontakt zu Weichteilgewebe hatten.

In der vorliegenden Arbeit ließen unterschiedliche Lagerungszeiten, NaOH Behandlungen, oberflächenglättende Prozesse und unterschiedliche Schraubendrücke bei der Implantation der LAE442 Platten und Schrauben keinen signifikanten Einfluss auf das Korrosionsverhalten und die Biokompatibilität erkennen. In vitro zeigten nur die fluoridbeschichteten Platten einen Trend zur geringeren Korrosion verglichen mit den Platten mit NaOH Behandlung oder unterschiedlichen Schraubendrücken. Alle Magnesiumplatten, die im Rahmen dieser Studie im Kaninchenmodell untersucht wurden, korrodierten deutlich stärker im Kontaktbereich zum Weichteilgewebe als in Bereichen mit Knochenkontakt. Es zeigte sich dabei eine gleichmäßige Oberflächen-, Spalt- sowie Lochkorrosion.

In vivo waren die verwendeten LAE442 und La2 Platten nicht biokompatibel, da sich neben einer initial starken Gasbildung auch Lysezonen am Knochen und massive Knochenzubildungen zeigten. Die neue Legierung La2 wies zwar im Gegensatz zu allen LAE442 Platten in vivo keine sichtbaren Osteolysen auf, dafür aber über-schießende Knochenzubildungen.

Sowohl die Legierung LAE442 als auch La2 eignen sich zum jetzigen Zeitpunkt demzufolge noch nicht als klinisch verwendbares Platten-Schrauben-Osteosynthesematerial. Die Legierung LAE442 mit einer Magnesiumfluorid-beschichtung ließ im in vitro Modell ein vergleichsweise vorteilhaftes Korrosions-verhalten erkennen und sollte daher in einem nächsten Schritt in vivo getestet werden.

abstract (englisch)

The use of absorbable implant materials after bone fracture helps to avoid a second surgery for implant removal and the risks and costs involved. The aim of the present study was to evaluate if degradable magnesium plate-screw-systems qualify for osteosynthesis implants for a load-bearing bone in vitro vivo. The magnesium alloys of the plate-screw-system were LAE442 and La2. Steel plates and screws with the same size of general osteosynthesis implants served as control.

This study investigated the corrosion behaviour and biocompatibility of LAE442 and La2. LAE422 implants were tested on the influence of different surface treatments, coatings and storage durations. In vitro as well as in vivo the magnesium implants were fixed on rabbit bone tissue, whereas in vivo the implants had also contact to soft tissue.

Different storage durations, NaOH treatment, smoother surfaces and variable torques had no significant influence concerning LAE442 corrosion and biocompatibility. In vitro, only those LAE442 plates coated with magnesium fluoride revealed a trend to a slower corrosion compared to those treated with NaOH or with different screw pressures. Stronger degradation was discovered when comparing contact sites of soft- and bone tissue with LAE442 and La2 implants in vivo. The all-over plain, crevice and pitting corrosion types could be seen.

In vivo LAE442 and La2 proved not to be biocompatible because initial high levels of gas release, osteolysis and new bone formation were detected. The new alloy La2 showed in contrast to LAE442 no visible osteolysis but instead excessive new bone formations.

Both alloys, LAE442 and La2, appear not feasible for clinical use as a magnesium alloy plate-screw-system. However LAE442-plates coated with magnesium fluoride showed slower corrosion characteristics and should be tested in vivo in future.

keywords

Magnesium, Platten-Schrauben-Kombination, Degradation; magnesium, plate-screw-system, degradation

kb

12.778