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Bitte beziehen Sie sich beim Zitieren dieses Dokumentes immer auf folgende
URN: urn:nbn:de:hebis:26-opus-29530
URL: http://geb.uni-giessen.de/geb/volltexte/2006/2953/


In-vivo- und In-vitro-Reaktionen auf implantierbare Mikrochips (Transponder) mit unterschiedlichen Oberflächenmaterialien

Linder, Miriam


Originalveröffentlichung: (2006) Giessen : VVB Laufersweiler 2006
pdf-Format: Dokument 1.pdf (12.380 KB)

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Universität Justus-Liebig-Universität Gießen
Institut: Institut für Veterinär-Pathologie
Fachgebiet: Veterinärmedizin
DDC-Sachgruppe: Landwirtschaft
Dokumentart: Dissertation
Zeitschrift, Serie: Edition scientifique
ISBN / ISSN: 3-8359-5046-0
Sprache: Deutsch
Tag der mündlichen Prüfung: 23.06.2006
Erstellungsjahr: 2006
Publikationsdatum: 07.07.2006
Kurzfassung auf Deutsch: Die häufigste unerwünschte Reaktion im Zusammenhang mit implantierbaren Transpondern zur Identifikation von Tieren ist die Wanderung der Implantate im Tierkörper. Sie lässt sich vermutlich auf mehrere Ursachen zurückführen, u.a. auf das Oberflächenmaterial des Transponders.


Ziel dieser Studie war es, die Reaktionen auf Transponder mit fünf verschiedenen Oberflächenmaterialien zu untersuchen und zu vergleichen.


Im Rahmen einer pathologisch-morphologischen Bestandsuntersuchung von Mäusen wurde auch das Gewebe um die implantierten Transponder histopathologisch untersucht. 43 Mäuse waren mit fünf verschiedenen Transpondertypen markiert worden. Bei den Materialien handelte es sich um Bioglas, Bioglas mit einer Polypropylenkappe, Parylene C, Titan und Aluminiumoxyd. Vom Zeitpunkt der Implantation bis zur Euthanasie der Tiere waren sieben Wochen vergangen.
Das Gewebe um die Transponder wurde vor allem hinsichtlich der Entzündungsreaktionen untersucht und ausgewertet.
Im sich anschließenden In-vitro-Teil der Studie wurden Transponder mit den fünf verschiedenen Oberflächenmaterialien in Zellkulturflaschen platziert und mit zwei verschiedenen felinen Fibrosarkomzelllinien beschickt; nach einer Bebrütungszeit von drei bzw. vier Tagen wurden die Anzahl und die Morphologie der Zellen um und auf den Transpondern beurteilt, zum einen im Gewebekulturmikroskop, zum anderen im Rasterelektronenmikroskop.


Auf den Bioglas-Transpondern fiel bei der Ablage in die Zellkulturflaschen makroskopisch eine vaselineartige Masse auf, die auch an den Kanülen des Injektionssystems vorhanden war.
Bei den Aluminiumoxyd-Transpondern wurde in beiden Versuchsteile makroskopisch häufig festgestellt, dass sich das oberflächliche Material teilweise von der Transponderoberfläche abgelöst hatte, also sowohl bei der Entnahme der Transponder aus dem Gewebe als auch aus den Zellkulturflaschen. Einen ähnlichen Befund gab es in seltenen Fällen bei Entnahme der Titan-Transponder aus dem Gewebe. In diesen Fällen waren zudem makroskopische Grau7verfärbungen im Gewebe um die Transponder zu sehen.

Bei der histopathologischen Untersuchung war der Transponder in allen Präparaten von einer dünnen Bindegewebskapsel umgeben.
Es ergab sich sowohl für Bioglas als auch für Aluminiumoxyd eine deutliche Tendenz zur granulomatösen Entzündung. Bei Bioglas waren die Granulome mit optisch leeren Hohlräumen assoziiert, die an Fettvakuolen erinnerten. Allerdings fand sich diese Reaktion nicht um den Bioglasteil der Polypropylen-Transponder.
Sowohl bei Bioglas als auch bei Aluminiumoxyd gab es auch eine z.T. mittelgradige Beteiligung von eosinophilen Granulozyten und Mastzellen, sowie geringgradig von neutrophilen Granulozyten und bei Bioglas auch Lymphozyten.

Auf die Transponder mit den Polypropylenkappen reagierten mehrere Mäuse mit einer gering- bis mittelgradigen chronischen Granulationsgewebsbildung. Außerdem waren die Haargranulome bei Polypropylen stärker ausgeprägt als bei den anderen Materialien.
Parylene C und Titan zeigten die wenigsten Gewebereaktionen. Bei Titan wurde in seltenen Fällen mikroskopisch eine gering- bis mittelgradige Fremdkörperreaktion um Titanpartikel beobachtet, während bei Parylene C gelegentlich doppelbrechende Materialeinschlüsse mit einer begleitenden minimalen bis geringgradigen Fremdkörperreaktion erkennbar waren.


Die Beurteilung der Dichte des Zellverbandes und Anzahl von felinen Fibrosarkomzellen in vitro in der Umgebung von und auf den Transpondern ergab für Bioglas und Aluminiumoxyd eine minimale bis geringe Dichte in der Umgebung von und so gut wie keine Zellen auf den Transpondern. Bei Polypropylen und Parylene C war die Dichte des Zellrasens um die Transponder hoch, auf ihnen war aber nur eine mäßige Zellzahl vorhanden. Bei Titan zeigte sich eine hohe Dichte um die Transponder, außerdem war auf den Transpondern eine hohe Zellzahl mit einer deutlichen Verbandsbildung zu sehen.


Es wird diskutiert, dass sich eine mit wenigen Entzündungszeichen im Gewebe einhergehende Reaktion sowie eine gutes Zellwachstum in Gegenwart des Transponders in der Zellkultur vermutlich günstig auf die Ortstabilität des Transponders auswirken.







Titan und Parylene C erzielten in dieser Studie die besten Ergebnisse, wobei Titan in der In-vitro-Studie ein deutlich besseres Ergebnis als Parylene C zeigte, das durch die in seltenen Fällen abgelösten Metallpartikel und die daraus resultierende geringgradige Fremdkörperreaktion im In-vivo-Teil aber wieder etwas relativiert wurde.


Vor diesem Hintergrund und den Ergebnissen dieser Studie scheinen Parylene C und Titan die am besten geeigneten Materialien zur Beschichtung
Kurzfassung auf Englisch: The most common adverse reaction to transponders for animal identification is migration of the device in the animal’s body. Migration is supposed to depend on several factors, e.g., the surface material of the transponder.


The aim of this study was to analyse and compare the reactions to transponders with five different surface materials.

Within a pathological-morphologic stock surveillance of mice the tissue around the transponders was histopathologically examined, too. 43 mice had been chipped with transponders of five different surface materials. The materials were bioglass, bioglass with a polypropylene cap, parylene C, aluminium oxide, and titanium. From the implantation to the euthanasia a period of seven weeks had passed.

The specimens were evaluated histopathologically mainly with respect to the inflammation reactions in the tissue.

In the in vitro part of the study transponders of each surface-material were placed in cell culture flasks in addition to two different feline fibrosarcoma cell lines. After an incubation period of three respectively four days number and morphology of the cells were evaluated on and around the transponders by using a tissue culture microscope and scanning electron microscopy.


A petrolatum-like mass was macroscopically detected on the bioglass transponders while placing them into the cell culture flasks. The same substance was also seen on the canulae of the injection device.
In both parts of this study it was macroscopically obvious that numerous aluminium oxide transponders had lost chips of their surface material, when removing them from the tissue or from the cell culture flasks. A similar observation was made for few titanium transponders when removing them from the tissue. In these cases a greyish discolouration could be detected macroscopically in the tissue around the transponders.


The histopathological examination revealed in every case a thin fibrous capsule surrounding the transponders.

Transponders coated by bioglass and aluminium oxide, often induced a granulomatous inflammation. The granulomas in the tissue surrounding the bioglass transponders were often associated with optical empty spaces resembling lipid vacuoles. However, this reaction could not be found around the bioglass part of the polypropylene transponders. In both materials (aluminium oxide and bioglass) several specimens showed an infiltration of eosinophils and mast cells in a medium degree as well as a mild infiltration of neutrophilic granulocytes and – for bioglass – lymphocytes, too.

The reaction to the transponders with a polypropylene cap was in some cases a mild to moderate chronic proliferation of granulation tissue. Besides, around polypropylene transponders, there occurred larger hair-granulomas than around the other transponders.
Parylene C and titanium induced the least tissue reactions; around some titanium transponders a microscopically visible deposit of titanium particles accompanied by a mild foreign body reaction occurred, while in a few parylene C specimens inclusions of a birefringent foreign material with a mild foreign body reaction were detected.


Estimation of the density of the cell structure and the number of feline fibrosarcoma cells on and around the transponders revealed for aluminium oxide and bioglass a low density around the transponders and almost no cells on them.
The density of the cell structure around the polypropylene and parylene C transponders was high, but on the material the number of cells was only intermediate.
There was a dense, confluent cell layer seen around and on the titanium transponders.


It is discussed that a tissue reaction with only little signs of inflammation and an unimpaired cell growth in culture may be favourable for the local stability of the transponder at its implantation site.


Titanium and parylene C got the best results in this study.
Titanium showed a clearly better result in the in vitro part than parylene C. In the histopathological evaluation, the good result was partially reduced by the occasional foreign body reaction around titanium particles.


Among the examined surface materials parylene C and titanium therefore seem to be the best suitable coating materials for implantable transponders.