Untersuchungen zur Degradation und Biokompatibilität von intramedullären Implantaten auf Magnesiumbasis im Kaninchenmodell: Prüfung der Degradation im Langzeitversuch und Untersuchung des Einflusses einer Fluoridbeschichtung

In der vorliegenden Arbeit sollte einerseits der Einfluss einer Magnesiumfluoridbeschichtung von bereits in vivo getesteten MgCa0,8-Implantaten auf deren Biokompatibilität und Degradationsgeschwindigkeit untersucht werden. Ein weiteres Ziel der Arbeit war es, den Degradationsverlauf sowie die Biokompatibilität der Legierungen MgCa0,8 und LAE442 im Langzeitversuch (neun und 12 Monate) zu testen. Insgesamt wurden 30 Kaninchen in die Untersuchungen einbezogen. Für die Prüfung jeder Magnesiumlegierung inkl. Beschichtung (MgF, MgCa0,8. LAE442) wurden zehn Tiere verwendet. Die zylinderförmigen Pins (Länge 25 mm, Durchmesser 2,5 mm) für die Langzeituntersuchungen der Neun- und Zwölfmonatsgruppen stammten aus jeweils unterschiedlichen Chargen. Die MgF2-beschichteten MgCa0,8-Implantate (MgF) wurden aus einer Charge gefertigt. Die Implantate der drei Materialien wurden in die Markhöhlen beider Tibiae implantiert. Für die eine Hälfte der MgF-Implantate betrug der postoperative Beobachtungszeitraum drei, für die andere Hälfte sechs Monate. Für die Langzeituntersuchungen der MgCa0,8- und LAE442-Implantate betrug der Zeitraum für die eine Hälfte neun und für die andere Hälfte 12 Monate. Während der Versuchsdauer wurden die Tiere regelmäßig klinisch und radiologisch untersucht. Nach Euthanasie wurden die Tibiae explantiert. Die Implantate der linken Tibiae wurden stereo- und rasterelektronenmikroskopisch einschließlich einer EDX-Analyse untersucht. Zusätzlich erfolgten Gewichts- und Volumenbestimmungen der Implantate und es wurden Dreipunktbiegeversuche durchgeführt. Die Implantate der rechten Tibiae verblieben im Implantat-Knochen-Verbund und wurden im µ-Computertomographen (µCT) und histologisch untersucht. Eine EDX-Analyse histologischer Trenndünnschliffe diente der ergänzenden Untersuchung der Degradationsschicht. Die MgF-Implantate wurden sehr gut vertragen. Klinisch und radiologisch konnten keine Gasblasen detektiert werden. Sowohl die sehr gering ausgeprägte bindegewebige Reaktion als auch die moderaten, zellulären Reaktionen wiesen auf eine gute Verträglichkeit hin. Histologisch konnte ein Abtransport der Korrosionsprodukte durch phagozytierende Zellen festgestellt werden. Viele Schnitte zeigten eine unruhige Knochenstruktur sowie endostales und periostales Remodeling. Histologische, µ-CT- und REM-Untersuchungen konnten neu gebildeten Knochen auf den Implantatoberflächen nachweisen. Die Implantate korrodierten in Form von Lochfraßkorrosion. Volumenbestimmungen, Vermessungen der Implantatquerschnittsflächen sowie die Dreipunktbiegeversuche bestätigten eine deutlich fortschreitende Degradation der Implantate in Verbindung mit Abnahme der Stabilität. Bei den Langzeitgruppen wurden die MgCa0,8-Implantate und die Implantate der LAE-Zwölfmonatsgruppe klinisch sehr gut vertragen. Die MgCa0,8-Implantate degradierten in Form von Lochfraßkorrosion und waren nach zwölf Monaten größtenteils nur noch in Teilstücken zu entnehmen. Die LAE442-Implantate degradierten langsam und gleichmäßig unter Bildung einer deutlichen Degradationsschicht. Alle Gruppen zeigten Implantat-Knochen-Kontakt, der bei der Legierung MgCa0,8 nach zwölf Monaten häufiger vorkam und stärker ausgeprägt war. Histologische und fluoreszenzmikroskopische Untersuchungen zeigten bei den MgCa0,8-Schnitten im Vergleich zu LAE442 ein stärkeres Knochenremodeling- bzw. -wachstum sowie eine deutlich unruhigere Knochenstruktur. Die LAE442-Implantate zeigten sich auch nach längeren Implantationszeiten stabiler als die MgCa0,8-Implantate. Im Gegensatz zu den guten Ergebnissen der Implantate der LAE-Zwölfmonatsgruppe zeigten die Implantate der Neunmonatsgruppe eine schnellere Korrosion in Verbindung mit einer deutlichen Gasbildung. Sowohl das Ergebnis der klinischen Untersuchung als auch die histologische Darstellung der Knochenstruktur und das Auftreten einer Entzündung zeigten keine ausreichende Verträglichkeit der Implantate. Ursache der deutlich schnelleren Korrosion der Implantate waren vermutlich Herstellungsfehler bei der Charge der Neunmonatsgruppe. Insgesamt konnte in der vorliegenden Arbeit bestätigt werden, dass die Legierung LAE442, unter der Voraussetzung der korrekten Zusammensetzung und Herstellung, ein potentielles Implantatmaterial für die Osteosynthese darstellt, welches der Legierung MgCa0,8 sowohl bezüglich der Auswirkung auf den Knochen als auch bezüglich des Degradationsverhaltens und der mechanischen Stabilität überlegen ist.