Stiftung Tierärztliche Hochschule Hannover (TiHo)

Evaluation der knöchernen Integration von bioresorbierbaren Knochenimplantaten im Mausmodell sowie der simulierten Vaskularisation in Phantomen mittels Mikro-Computertomographie

Seiler, Christian Martin

In dieser Dissertation wurde das µCT als bildgebendes Verfahren zur Beurteilung von Knochenwachstum und Implantatabbau im Mausmodell sowie zur simulierten Vaskularisation in Phantomen eingesetzt. Dabei wurden zwei verschiedene Studien durchgeführt. In der ersten Studie zeigte sich, dass die verschiedenen Magnesium-Implantate im verwendeten Versuchsaufbau keinen positiven Einfluss auf das Knochenwachstum hatten. Der Hauptgrund dafür ist eine zu schnelle Degradation der Magnesium-Implantate und die damit einhergehende Gasbildung. Dadurch können die Implantate verschoben werden, wodurch das Knochenwachstum erschwert wird. Die aus den µCT-Scans gewonnenen Ergebnisse konnten durch die anschließende histologische Untersuchung bestätigt werden. Die zweite Studie beschäftigte sich der Beurteilung der Vaskularisation, wenn die Abmessungen der Blutgefäße deutlich kleiner als die räumliche Auflösungsgrenze des eingesetzten µCTs sind. Eigens dafür wurden aus Epoxidharz und Zuckerwatte Phantome mit Mikrokanälen gefertigt, um vaskularisiertes Gewebe zu simulieren. Die Mikrokanäle besaßen einen mittleren Durchmesser von etwa 11 µm, was sehr gut mit der Größe von Kapillaren übereinstimmt. Das Hohlraumvolumen der Mikrokanäle sollte indirekt anhand der Änderungen der CT-Zahlen von µCT-Scans mit und ohne Kontrastmittel bestimmt werden. Die Auswertung zeigte, dass bei einer hinreichend großen Anzahl von Messergebnissen die gewünschte Tendenz zu erkennen ist, um aus der CT-Zahl-Änderung quantitative Rückschlüsse auf das Hohlraumvolumen und damit die Vaskularisation ziehen zu können. Bei einer Einzelmessung ist jedoch das Signal-Rausch-Verhältnis momentan nicht gut genug. In beiden Studien erwies sich das µCT als ein zuverlässiges und im Vergleich zur histologischen Untersuchung schnelles und nicht-destruktives Bildgebungsverfahren, um das Knochenwachstum, die Degradation und mit Einschränkungen auch die Vaskularisation über einen längeren Zeitraum an einem Tier beobachten zu können.

In this dissertation, µCT was used as an imaging technique to evaluate bone growth and implant degradation in the mouse model and the simulated vascularisation in phantoms. Two different studies were performed for this purpose. In the first study, it was shown that the various magnesium implants had no positive effect on bone growth in the used experimental set-up. The main reason for this is too rapid degradation of the magnesium implants and the associated gas formation. This allows the implants to be displaced, making bone growth more difficult. The results obtained from the µCT scans were confirmed by the subsequent histological examination. The second study was concerned with a possibility for assessing vascularisation, especially if the dimensions of the blood vessels are significantly smaller than the spatial resolution limit of the used µCT scan. Specifically for this purpose, phantoms with microchannels were made from epoxy resin and cotton candy to simulate vascularised tissue. The microchannels had a mean diameter of about 11 µm, which corresponds very well to the size of capillaries. The void volume of the microchannels was to be indirectly determined by the changes in CT numbers between µCT scans with and without contrast agent. The evaluation showed that with a sufficient number of measurement results, the desired tendency can be identified in order to draw quantitative conclusions from the CT number change about the void volume and thus the vascularisation. In a single measurement, however, the signal-to-noise ratio is currently not high enough, so that improved phantoms with a higher microchannel density are necessary for future studies. In both studies, µCT proved to be a reliable and, compared to the histological examination, fast and non-destructive imaging method for observing bone growth, degradation and, to a lesser extent, vascularisation over a longer period of time in the same animal.

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Seiler, Christian: Evaluation der knöchernen Integration von bioresorbierbaren Knochenimplantaten im Mausmodell sowie der simulierten Vaskularisation in Phantomen mittels Mikro-Computertomographie. Hannover 2019. Tierärztliche Hochschule Hannover.

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