Nanostrukturiertes Biomaterial als Gehörknöchelchenersatz: tierexperimentelle Untersuchungen zur Biokompatibilität

In der rekonstruktiven Mittelohrchirurgie besteht ein hoher Bedarf an biokompatiblen, stabilen, schallübertragenden Materialien. In der vorliegenden Studie wurden neue Materialien für den Gehörknöchelchenersatz in zwei verschiedenen Tiermodellen auf ihre Biokompatibilität getestet. Im ersten Tiermodell wurden dabei Bioverit® II mit einer Siliziumdioxid-Nanobeschichtung (Bioverit® II + SiO2), Chitosan-Hydroxylapatit (Chi-HA) und reines Bioverit® II als Kontrolle in Form von Tablettenförmigen Probekörpern in das Unterhautgewebe im Nacken von 38 Kaninchen eingesetzt. Nach Implantationszeiten von 28, 85 und 300 Tagen wurden die Tiere euthanasiert und die Probekörper mit dem anhaftenden Gewebe entnommen. Sie wurden in Glutardialdehyd fixiert, mit Hilfe einer aufsteigenden Alkoholreihe dehydriert und nach abschließender Trocknung im Wärmeschrank in Epoxidharz eingebettet. Nach Schleifen, Polieren und Färben der Oberfläche erfolgte die Untersuchung mittels Auflichtmikroskopie. Alle Implantate zeigten keinerlei Hinweise auf Entzündungs- oder Abstoßungsreaktionen. In der Unterhaut konnte kein neu gebildeter Knochen gefunden werden. Alle auf Bioverit® II basierenden Implantate wurden bereits nach 28 Tagen von einer dünnen Bindegewebskapsel umgeben. Lediglich nach 300 Tagen schien diese bei den beschichteten Implantaten etwas dicker zu sein. Das Material war in fast allen Fällen völlig unverändert. Die Chi-HA Implantate besaßen im Gegensatz dazu zu allen Zeitpunkten wesentlich dickere Bindegewebskapseln und das Material selbst zeigte in allen Fällen deutliche Anzeichen eines Abbaus. Diese fielen in Form von Fissuren und Löchern auf, die zum Teil mit Zellen besiedelt waren. Im zweiten Tiermodell wurden Bioverit® II + SiO2 und reines Bioverit® II in Form von 1 mm großen, zylindrischen Probekörpern in die Mittelohren von BALB/c Mäusen eingesetzt. Hier sollte der Vorteil der genetisch völlig erschlossenen Maus genutzt werden, um neben der Histologie auch die Möglichkeit einer späteren Genanalyse zu haben. Nach Implantationszeiten von 2, 6 und 12 Wochen wurden für die Histologie jeweils 4 Mäuse pro Material euthanasiert und beide Felsenbeine entnommen. Wie schon im ersten Teil der Studie erfolgte die Fixation in Glutardialdehyd, Dehydrierung in einer aufsteigenden Alkoholreihe und abschließende Trocknung im Wärmeschrank. Die Proben wurden in Epoxidharz eingebettet, geschliffen, gefärbt und unter Nutzung der Auflichtmikroskopie dokumentiert. Bereits nach zwei Wochen war bei beiden Materialien ein an Kontaktstellen mit dem umliegenden Gewebe beginnender, dünner Bindegewebsüberzug zu erkennen. Die Ausbreitung dieses Überzugs war beim beschichteten Material minimal stärker ausgeprägt und nahm bei beiden Materialien mit der Zeit zu. Außerdem traten schon nach zwei Wochen die ersten Epithelzellen auf, die sich über die Bindegewebszellen breiteten. Gleichzeitig zeigte sich bei beiden Materialien eine Neubildung von Knochen. Dieser begann ebenfalls, sich an Kontaktstellen mit umliegendem Knochen zu bilden und breitete sich von hier weiter über die Implantatoberfläche aus. Mit zunehmender Implantationszeit nahmen die Anzahl der Proben mit neuem Knochen und auch die Menge zu. Die beschichteten Proben zeigten eine stärkere Knochenbildung. Auch im Mausmodell konnten keinerlei Entzündungsreaktionen festgestellt werden. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass Chi-HA aufgrund seiner mangelnden Integrität für den Einsatz als Gehörknöchelchenersatz nicht geeignet ist. Da es sich aber als biokompatibel erwiesen hat und ein sehr enger Kontakt zwischen Material und umgebenden sowie einwandernden Zellen zu erkennen war, wäre ein Einsatz im Tissue engineering durchaus denkbar. Die beiden auf Bioverit® II basierenden Materialien zeigten in beiden Tiermodellen sowohl eine hohe Stabilität als auch eine sehr gute Biokompatibilität. Da die Nanostruktur die Bildung neuen Knochens förderte, kann man sie in Zukunft einsetzen, um die knöcherne Anbindung von Gehörknöchelchenprothesen an die Stapesfußplatte zu unterstützen. Das neu etablierte Mausmodell ist aufgrund der hohen Manipulationstoleranz der Tiere und den zum Kaninchen vergleichbaren Gewebsreaktionen sehr gut für die Testung neuer Materialien für den Gehörknöchelchenersatz geeignet. Auch in der Tiermedizin tritt das Problem der Schwerhörigkeit bei Patienten auf. In experimentellen Ansätzen werden Tiere bereits erfolgreich mit Hörhilfen versorgt, die sich auch in der Praxis einsetzen ließen.