Vergleichende histologische Untersuchungen von intramedullären Implantaten auf Magnesiumbasis im Kaninchenmodell

Ein Ziel der vorliegenden Arbeit war es, die vier Magnesiumlegierungen (WE43, MgCa0,8, mit MgF2-beschichtetes MgCa0,8 und LAE442) vergleichend zu den beiden konventionellen Implantatmaterialien Titan und PLA und zu Leertieren aus den Arbeiten von KRAUSE (2008) und THOMANN (2008) histologisch zu untersuchen, um mit Hilfe weiterer Färbemethoden und anderer Untersuchungsverfahren neue Erkenntnisse über die Implantatmaterialien und ihre Auswirkungen auf den Knochen zu erhalten. Des Weiteren sollte geklärt werden, welche histologischen Färbemethoden zur Untersuchung von Knochengewebe bei Trenn-Dünnschliffen angewendet werden sollten, um essentielle Fragestellungen für die Evaluierung resorbierbarer Knochenimplantate optimal beantworten zu können. Für die histologischen Untersuchungen wurden die rechten Tibiae von insgesamt 62 Kaninchen verwendet, in deren Markhöhle zylinderförmige Pins (Länge 25 mm, Durchmesser 2,5 mm bzw. 2 mm bei PLA) implantiert worden waren. Als Implantatmaterialien waren die Magnesiumlegierungen WE43, unbeschichtetes MgCa0,8, mit MgF2-beschichtetes MgCa0,8 und LAE442 und die konventionellen Materialien Titan und PLA verwendet worden. Alle Materialien waren für einen Versuchszeitraum von drei und sechs Monaten in den Tieren belassen worden, die Magnesiumlegierungen MgCa0,8 und LAE442 zusätzlich auch über zwölf Monate. Die Versuchsgruppengröße pro Material und Versuchsdauer betrug fünf Tiere, für die konventionellen Material-Zeitgruppen drei Tiere. Von den in Technovit 7200 VLC® eingebetteten Tibiae wurden Schliffe mittels der Trenn-Dünnschlifftechnik nach DONATH (1987) angefertigt. Die einerseits hergestellten Längsschliffe wurden mit Toluidinblau und die andererseits hergestellten Querschliffe wurden mit der Van Gieson-, Masson-Trichrom-Goldner- und TRAP-Färbung gefärbt. Die Auswertung erfolgte mittels Scoring und histomorphometrisch. Die gute Biokompatibilität der Magnesiumlegierungen im Allgemeinen konnte anhand der histologischen Untersuchungen bestätigt werden. Alle Implantatmaterialien schienen sich osteoinduktiv zu verhalten, wobei das PLA den geringsten Knochenumbau zeigte. Das konventionelle Titan führte hingegen zum stärksten Umbau im endostalen Bereich, die Implantate wurden von neugebildetem Knochen vollständig ummantelt. Die am Knochenabbau beteiligten Osteoklasten kamen bei den konventionellen Implantatmaterialgruppen kaum im endostalen und kortikalen Bereich vor im Gegensatz zu den auf Magnesium-basierenden Implantatgruppen. Bei den Gruppen mit der Magnesiumlegierung WE43 war nach drei Monaten Implantationsdauer noch kein so starker Einfluss auf den Knochen durch das Implantat festzustellen wie nach sechs Monaten. Bei den MgF2-beschichteten MgCa0,8-Gruppen war bereits nach drei Monaten Versuchsdauer ein starker Knochenumbau zu bemerken. Des Weiteren fiel hier eine im Vergleich zu allen anderen untersuchten Materialien vermehrte Anzahl an Osteoklasten, vor allem im kortikalen Bereich, auf. Ein Implantat-Knochen-Kontakt, wie er bei allen anderen Materialien deutlich festzustellen war, war selten zu beobachten. Die Beschichtung des Implantates schien folglich die Anhaftung der Osteoblasten zu hemmen. Die Magnesiumlegierungen, die auch über einen Zeitraum von zwölf Monaten untersucht wurden, zeigten durchweg eine gute Verträglichkeit. Bei der MgCa0,8-Implantatgruppe wirkte die Gesamtstruktur des Knochens nach zwölf Monaten deutlich ruhiger, außerdem war zu diesem Zeitpunkt eine Mineralisierung des Großteils der Knochenfläche zu verzeichnen. Die Implantate waren nach zwölf Monaten deutlich stärker degradiert als nach drei Monaten. Die LAE442-Implantate degradierten im Vergleich zu MgCa0,8 langsamer. Auch der Gesamteindruck des Knochens von den LAE442-Gruppen war, besonders nach zwölf Monaten, deutlich ruhiger und ähnelte so am meisten dem Knochen eines Tieres ohne Implantat. Aufgrund der sehr guten Biokompatibilität und der langsamen Korrosion bewies sich LAE442 unter den Magnesiumlegierungen als ein hervorragend geeignetes Material für den Einsatz im Knochen. Als histologische Färbung zur Erfassung des Knochenzustandes erwies sich die Masson-Trichrom-Goldner-Färbung als optimal. Sie bot einen guten Überblick und eine gute Abgrenzung von mineralisiertem und nicht mineralisiertem Knochen. Die Toluidinblau-Färbung stellte sich ebenfalls als eine gute Übersichtsfärbung dar, um erste Aussagen zur Biokompatibilität zu gewinnen. Hier konnte remodelter und alter Knochen gut unterschieden werden. Des Weiteren bot die TRAP-Färbung eine gute Ergänzung, um Aussagen über das Knochenremodeling zu erhalten.