Stiftung Tierärztliche Hochschule Hannover (TiHo)

Immunotoxikologische Untersuchung zur Biokompatibilität von abbaubaren Implantaten aus Magnesiumbasislegierungen

Feser, Klaas

Degrading magnesium alloys are new materials for implants used in orthopaedic and trauma surgery. The aim of this study was to investigate the influence of degradable magnesium alloys on the function of dendritic cells as these cells represent the major antigen presenting cells of the body. At first degradation media were made out of the alloys Mg(pur) (pure magnesium), MgCa0.6 (0,6 wt% Ca), MgCa0.8 (0,8 wt% Ca), MgCa1.0 (1,0 wt% Ca) und MgCa1.2 (1,2 wt% Ca). In parallel, murine bone marrow derived dendritic cells were incubated with increasing concentrations (0,1 mmol/l – 10 mmol/l) of magnesium chloride and calcium chloride, respectively. Incubation of DC with degradation media over 6 days had no influence on cell viability (XTT and Annexin V-FITC assay). Additionally, the production of TNF-α and the expression of CD86 were not enhanced by incubation with degraded magnesium alloys. Only the DC migration was marginal influenced by degradation media of the alloy MgCa1.2. Furthermore, the T cell proliferation was marginally influenced by dendritic cells which were cultivated in degradation media. DC which were incubated with increasing concentrations of MgCl2 und CaCl2 showed only in the high CaCl2 concentration (10 mmol/l) an enhanced apoptosis and an increase of DC migration and T cell proliferation. This result is probably not of (patho)physiologically relevance, as these concentrations will not be achieved with degradation of magnesium alloys. Taken together magnesium-calcium-alloys up to 1,0 wt% calcium had no immunotoxicological effects on murine bone marrow derived dendritic cells.

Abbaubare Magnesiumbasislegierungen sind neue Materialien, die als Implantate in der Orthopädie und in der Weichteilchirurgie eingesetzt werden. In der vorliegenden Arbeit ist die Beeinflussung der Zellfunktionen muriner DC durch abbaubare Magnesiumbasislegierungen untersucht worden, da die DC im Organismus eine wichtige Rolle als antigenpräsentierende Zellen übernehmen. Für die Untersuchung wurden murine dendritische Zellen in Degradationsmedien aus reinem Magnesium (Mg(pur)) und aus Magnesium-Calcium-Legierungen mit steigendem wt% Calcium (0,6 %, 0,8 %, 1,0 % und 1,2%) kultiviert. In einem zweiten Versuchsansatz wurden murine DC mit MgCl2 und CaCl2 in steigenden Konzentrationen (0,1 mmol/l – 10 mmol/l) inkubiert. Die Kultivierung der DC über sechs Tage in den Degradationsmedien zeigte keine Beeinflussung der Vitalität sowohl im XTT-Test als auch im Annexin V-FITC Assay. Ebenso waren die Produktion von TNF-α und die Expression von CD86 nicht beeinflusst durch die Kultivierung der DC in den Degradationsmedien. Im Migrationsassay konnte gezeigt werden, dass die Migrationsrate der DC, die im Degradationsmedium der Legierung MgCa1.2 kultiviert wurden, leicht anstieg. Weiterhin zeigte sich in der Mixed Leukocyte Reaction bei allen Degradationsmedien nur eine maximal schwache Steigerung der Proliferationsrate. Bei den DC, die mit MgCl2 und CaCl2 in steigenden Konzentrationen inkubiert wurden, zeigte sich bei 10 mmol/l CaCl2 ein signifikanter Rückgang der Vitalität, sowie eine Steigerung der Migrationsrate und der T-Zellproliferation. Diese Ergebnisse haben jedoch wahrscheinlich keine (patho)physiologische Relevanz, da bei der Degradation der Legierungen solch hohe Konzentrationen nicht erreicht werden. Zusammenfassend zeigte sich im In-vitro-Versuch mit murinen DC, dass Magnesium-Calcium-Legierungen bis zu 1,0 wt% Calcium aus immunotoxikologischer Sicht keinen Einfluss auf die Vitalität und Funktion von murinen DC haben.  

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Feser, Klaas: Immunotoxikologische Untersuchung zur Biokompatibilität von abbaubaren Implantaten aus Magnesiumbasislegierungen. Hannover 2010. Tierärztliche Hochschule.

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