Der Einfluss von kalziumphosphatbeschichteten Implantaten auf die Mikrozirkulation des Skelettmuskels. Eine vergleichende In-vivo-Studie

Zusammenfassung

Fragestellung: Die lokale mikrovaskuläre Perfusion hat Bedeutung bei reparativen Prozessen und der Abwehr von Mikroorganismen. Die Beeinträchtigung der Mikrozirkulation durch ein Biomaterial kann deshalb klinische Konsequenzen haben. Ziel unserer Studie war zu beurteilen, inwieweit ein biomechanisch bewährtes Implantatmaterial durch eine Kalziumphosphatbeschichtung biologisch aufgewertet werden kann. Methode: In der Rückenhautkammer am Syrischen Goldhamster untersuchten wir in vivo mittels der intravitalen Fluoreszenzmikroskopie die nutritive Perfusion und leukozytäre Antwort des Skelettmuskels nach Implantation von sol-gel-kalziumphosphatbeschichteten Edelstahl- und Reintitanplättchen. Die Ergebnisse wurden mit unbeschichteten Implantaten verglichen. Ergebnisse: Das kalziumphosphatbeschichtete Edelstahlplättchen zeigte bei nahezu sämtlichen quantifizierten mikrozirkulatorischen Parametern innerhalb der ersten 24 h ein signifikant geringeres inflammatorisches Potential als unbeschichteter Edelstahl. Nach 24 h kam es zu einem Annähern beider Gruppen als Hinweis für eine Reduktion der abschirmenden Wirkung der Beschichtung. Dagegen war im gesamten Beobachtungszeitraum für kalziumphosphatbeschichtetes Titan eine gute, wenn auch nicht der des Reintitans gleichzusetzende, Biokompatibilität zu beobachten. Schlussfolgerungen: Die vorliegenden In-vivo-Ergebnisse zeigen, dass die sol-gel-Kalziumphosphatbeschichtung kurzfristig einen positiven Einfluss auf die Gewebeverträglichkeit eines Edelstahlimplantates hat. Das Implantatmaterial Titan scheint auf mikrovaskulärer Ebene gut toleriert zu werden und stellt momentan den goldenen Standard hinsichtlich der Gewebsverträglichkeit bei Osteosynthesematerialien dar.

Abstract

Aim: Local microvascular perfusion plays an important role in reparative processes and the pathogenesis of infection. The impairment of skeletal muscle microcirculation by a biomaterial may therefore have profound consequences. The aim of our study was to determine whether the biological acceptance of the widely utilised implant material stainless steel can be improved by a coating of sol-gel calcium phosphate. Methods: Using the hamster dorsal skinfold chamber preparation and intravital microscopy, we quantified nutritive perfusion and leukocyte-endothelium interaction in skeletal muscle after implantation of sol-gel calcium phosphate-coated stainless steel- and commercial pure titanium implants, and compared these results to those obtained with uncoated stainless steel and titanium. Results: Within the first 24 h after implantation, animals with calcium phosphatecoated stainless steel showed a significantly lower inflammatory response than did those with an uncoated stainless steel implant. After 24 h the quantified microcirculatory parameters deteriorated for animals with a calcium phosphate-coated stainless steel plate, indicating that, for as yet unknown reasons, the shielding mechanism of the calcium phosphate seems to deteriorate. Although not as inert as pure titanium, we found a relatively low inflammatory response for calcium phosphatecoated titanium over the whole observation period, suggesting that the coating as such is well tolerated by the skeletal muscle microcirculation. Conclusions: Our in vivo results suggest that the biological acceptance of a conventional stainless steel implant can be improved over a short term by a sol-gel coating of calcium phosphate. Concerning tolerance by the local vascular system, commercially pure titanium currently remains unsurpassed.

Schlüsselwörter:

Kalziumphosphatbeschichtung - Implantatmaterialien - Titan - Edelstahl - Mikrozirkulation - Rückenhautkammer

Key words:

Calcium phosphate coatings - orthopaedic materials - microcirculation - titanium - stainless steel - skinfold chamber model

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