In-vivo Vergleich der Degradation und Osseointegration von LAE442-Magnesiumschwämmen mit zwei verschiedenen Porengrößen

Einleitung:

Schwammmodelle aus Magnesiumlegierungen mit Poren inhomogener Größe zeigten sich als aussichtsreich für orthopädische Anwendungsgebiete (1). Ebenfalls hat sich das Zuliegeren seltener Erden als korrosionsverzögernd erwiesen (2). In der vorliegenden Studie wurden LAE442 Scaffolds von zwei unterschiedlichen Porengrößen bezüglich Degradation und Osseointegration untersucht. Es sollte geprüft werden, welche Porengröße sich als geeigneter herausstellt.

Methode:

In der Studie wurden zylindrische, offenporige Schwammstrukturen (ø 4 mm x Länge 5 mm) aus der Magnesiumlegierung LAE442 (4 Ma.-% Li, 4 Ma.-% Al, 2 Ma.-% SE) mit einer Porengröße von 400 µm (P1) bzw. 500 µm (P2) im Feingussverfahren hergestellt und mit Magnesiumfluorid beschichtet. Die Zylinder (n = 30 pro Porengröße) wurden beidseits in den unbelasteten, spongiösen Anteil des Trochanter major ossis femoris von Kaninchen für eine Zeitdauer von 6,12 und 24 Wochen eingesetzt. Als Kontrollgruppe (n = 30) dienten gleichgroße, poröse Beta-Tricalciumphosphat-Zylinder (ß-TCP). Post operationem und nachfolgend wurden alle 2 Wochen bis Woche 12 und anschließend alle 4 Wochen bis zum Versuchsende Röntgenaufnahmen angefertigt und in-vivo µ-computertomographische Untersuchungen durchgeführt. Neben klinischer Verträglichkeit wurden alle Zylinder mit semiquantitativen Scoringsystemen und quantitativen 3D-Analysen hinsichtlich Degradations- sowie Osseointegrationsverhalten untersucht und damit der osteoinduktive Effekt auf den Knochen bewertet.

Ergebnisse:

Klinisch tolerierten die Tiere alle Implantate sehr gut. Die P1 und P2-Zylinder zeigten eine zunehmende Gasentwicklung, wobei beide Scaffolds gleichermaßen langsam degradierten und Dichte-/Volumenmessungen keine wesentlichen Unterschiede im Zeitverlauf ergaben. ß-TCP hingegen wies ab Woche 2 eine gesteigerte Abbaurate ohne jegliche Gasbildung auf. Die beste Osseointegration zeigten die ß-TCP-Zylinder, gefolgt von P2 und anschließend den P1-Zylindern. Trabekelanzahl und -abstände ergaben im Mittel bei P2 ein ähnlich gutes Verhalten wie bei ß-TCP, wobei Letztere die größte Trabekeldicke aufwiesen. P1 blieb in den Analysen insgesamt leicht unter dem Niveau von P2 und ß-TCP.

Diskussion:

Es wurden keine deutlichen Unterschiede zwischen den P1 und P2-Zylindern bezüglich ihres Degradationsverhaltens festgestellt. Beide Porengrößen degradierten nur gering über den Versuchszeitraum. Hinsichtlich der Osseointegration stellte sich P2 als die geeignetere Porengröße heraus und kam näher an die Werte von ß-TCP heran. Hinsichtlich weiterer Unterschiede zwischen den Porengrößen müssen anschließende histologische Auswertungen erfolgen, welche Aufschlüsse über zelluläre Vorgänge liefern.

Literatur:

[1] Lalk et al. 2013 „Fluoride and calcium-phosphate coated sponges of the magnesium alloy AX30 as bone grafts: a comparative study in rabbits.“ J Mater Sci Mater Med 24(2):417 – 36.

[2] Witte et al. 2010 „In vivo corrosion and corrosion protection of magnesium alloy LAE442.“ Acta Biomater. 6(5):1792 – 9.