Biokompatibilitätstestung verschiedener Biomaterialien in Abhängigkeit vom Immunstatus

Zusammenfassung

Einleitung: Diese Arbeit befasst sich mit der Matrixbildung und dem Einwachsverhalten auf den Biomaterialien Hydroxylapatit, Reintitan, Kobalt-Chrom und Polyaryletherketon nach Implantation in immuninkompetente Nacktmäuse und immunkompetente Wildmäuse. Material und Methoden: Zu diesem Zweck wurden die genannten Materialien für 14 und 60 Tage in die Versuchstiere implantiert. Die Methoden der Matrixanalyse bestanden aus Darstellung der Matrix auf den Biomaterialproben nach immunologischer Markierung der Proteine Kollagen I und Kollagen III mittels CLSM, REM der Matrixoberflächen und REM-SDX der auf den Biomaterialien gewachsenen bzw. abgeschiedenen Matrix. Ein Ziel dieser Arbeit war herauszufinden, in wie weit die Unterschiede der Immunkompetenz der Versuchstiere, der Implantationszeit und der verschiedenen Biomaterialien sich auf die Matrixbildung im Tier auswirkten. Ebenso sollte untersucht werden, ob die Bindegewebsmembran Tendenzen zur Kalzifizierung und Osteoidbildung aufwies. Ergebnisse: Die CLSM zeigte durchweg eine bemerkenswerte Kolokalisation von Kollagen I und III in allen Fällen. Ebenso fanden sich die genannten Proteine in einem Abstand von bis zu 1 µm oberhalb der Biomaterialoberfläche, so dass davon auszugehen ist, dass diese Proteine zwischen Zellen und Biomaterial angesiedelt sind und eventuell Kontakt zur Biomaterialoberfläche aufnehmen. Am dichtesten zur Materialoberfläche fanden sich die Proteine im Falle der Matrix auf Hydroxylapatit. Am weitesten vom Biomaterial entfernt waren die Proteine auf PAEK nachweisbar. Die Unterschiede der Implantationsdauer bewirkten eine Umkehr der Mengenverhältnisse von Kollagen I zu Kollagen III zugunsten des Kollagen III je länger die Biomaterialien in die Versuchstiere implantiert waren. Diskussion: Insgesamt lässt sich sagen, dass dieser Versuchsansatz deutliche Unterschiede bei den verschiedenen Biomaterialien, den unterschiedlichen Implantationszeiten und den unterschiedlichen Immunstatus der Versuchstiere aufzeigen konnte. Dabei ließen sich die vier Biomaterialien in osteokonduktive und osteoinduktive Biomaterialien unterteilen, wobei sich die Ergebnisse dieser Arbeit mit den zur Zeit anerkannten Einteilungen in Einklang bringen lassen.

Abstract

Introduction: This study deals with the ingrowth behaviour of biomaterials (hydroxyapatite, cp-titanium, cobalt-chromium-molybdenum and PAEK) in relationship to the immunological competence in an animal model. Measured were the production of extracellular matrix (ECM) after implantation in non-immunocompetent naked mice and immunocompetent wild mice. Intention of the trial was to find out if either the immunological competence or the duration of implantation influences the quantity of produced ECM. In addition, the ingrowth behaviour was investigated under these conditions by using four different biomaterials. Material and Methods: Biomaterials (hydroxyapatite, cp-titanium, cobalt-chromium-molybdenum and PAEK) were implanted for 14 or 60 days, respectively. CLSM, SEM and SEM-EDX were used for analysis of the ECM and for measuring the distance between ECM and the biomaterials. CLSM was also used for the detection of collagen I and III as a parameter of the quality of osteointegration. Results: In all cases a matrix grew on the surface of the biomaterials. The CLSM detected a co-localisation of collagen I and III. In the case of hydroxyapatite collagen I and III were found at a distance of 1 µm over the surface. The largest space between the surface of the implant and the ECM was found in the case of PAEK. The smallest space was in the case of hydroxyapatite. In all investigated biomaterials the proportion of collagen I to collagen III varied through the duration of implantation. Discussion: As is known from the literature we found different ingrowth behaviours on using different biomaterials. Furthermore, we found a statistically significant influence of the immunological competence of the host with regard to ECM production. We draw the conclusion that immunological competence improves the ingrowth behaviour of biomaterials.

Schlüsselwörter

Immunstatus - Biomaterial - Biokompatibilität - Tierversuch

Key words

Immunocompetence - biomaterial - biocompatibility - animal experiment

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