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Bitte beziehen Sie sich beim Zitieren dieses Dokumentes immer auf folgende
URN: urn:nbn:de:hebis:26-opus-55014
URL: http://geb.uni-giessen.de/geb/volltexte/2008/5501/


Überprüfung der Biokompatibilität und der Degradation eines neuartigen bioresorbierbaren Knochenklebers : Ergebnisse einer tierexperimentellen Untersuchung an der Kaninchenfemurkondyle

Properties and degradation of a new bioresorbable bone glue : results of an animal experimental analysis on the rabbit femur condyle

Hahn, Niels Eric


Originalveröffentlichung: (2007) Biomaterials, 26,12 (2005), S. 1389-1396
pdf-Format: Dokument 1.pdf (34.251 KB)

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Freie Schlagwörter (Deutsch): Knochenkleber , Knochenklebstoff , Biokompatibilität , Frakturheilung , Ethylenglycol-oligolactid-dimethacrylat
Freie Schlagwörter (Englisch): Bone adhesive , Bone glue , biocompatibility , fracture healing , Ethylenglycol-oligolactid-dimethacrylat
Universität Justus-Liebig-Universität Gießen
Institut: Medizinisches Zentrum für Chirurgie, Anästhesiologie und Urologie ; Klinik und Poliklinik für Unfallchirurgie
Fachgebiet: Medizin
DDC-Sachgruppe: Medizin
Dokumentart: Dissertation
Sprache: Deutsch
Tag der mündlichen Prüfung: 13.12.2007
Erstellungsjahr: 2007
Publikationsdatum: 03.03.2008
Kurzfassung auf Deutsch: Das Ziel dieser tierexperimentellen Arbeit war der direkte Vergleich zweier Varianten eines neuentwickelten Knochenklebstoffes in einem standardisierten Fraktur-/Osteotomiemodell am Kaninchen. Durch licht-, raster- und transmissionselektronen-mikroskopische Analysen sollten die Unterschiede der Frakturheilung, der knöchernen Integration und der Biokompatibilität zweier differenter Klebstoffe analysiert werden. Die beiden Knochenklebstoffe basieren auf Alkylen-bis(oligolactoyl)methacrylaten. Aus dem Monomer Ethylenglycol-oligolactid-dimethacrylat (ELAMA) polymerisieren die Klebstoffe zu hochverzweigten, hydrolysierbaren Netzwerken und unterscheiden sich durch die zugesetzten Comonomere, 4% Methylmetacrylat (MMA=Variante 1) bzw. 5% Hydroxyethylmethacrylat-oligolactid (HEMALA=Variante 2), wodurch die Materialeigenschaften variieren.

Insgesamt wurde bei 48 Kaninchen unifemoral eine monokondyläre Femurfraktur (Osteotomie) gesetzt und die laterale Femurkondyle mit/ ohne Knochenklebstoff refixiert. Die Tiere wurden in 3 Gruppen unterteilt (Kontrolle, Knochenklebstoffvariante 1 und 2), wobei sie über einen Zeitraum von 7, 21, 42 und 84 Tagen nachbeobachtet wurden. Der quantitative und qualitative Prozess der Degradation sowie Resorption des Klebstoffes und der zeitliche Verlauf der Frakturheilung wurden durch konventionelles Röntgen, 2D-3D Micro-CT, Rasterelektronenmikroskopie, Transmissionselektronenmikroskopie und Histologie analysiert.

Die Auswertungen zeigen nach 21 Tagen in den Kontroll-/ Klebstoffgruppen eine gute Resorption der Knochenfragmente mit zunehmender Osteoblasten- und Trabekelbildung im Osteotomiespalt, wobei in der Klebstoffgruppe 1 (MMA) eine verzögerte, in der Klebstoffgruppe mit Variante 2 (HEMALA) eine größtenteils ausbleibende Frakturheilung, im Vergleich zur Kontrollgruppe, zu beobachten ist.
Nach 42 Tagen ist in der Kontrollgruppe eine komplette Durchbauung des Osteotomiespaltes zu sehen, während in der Klebstoffgruppe mit MMA sich eine gute Resorption des Klebstoffes mit einer verzögerten Frakturheilung einstellt. Im Vergleich dazu ist bei HEMALA keine Osteogenese oder osteoblastische Aktivität, aber eine Mineralisationsverzögerung/ -störung des Osteoids zu sehen.

Nach 84 Tagen zeigt sich in der Klebstoffgruppe mit MMA eine vollständige Durchbauung der Osteotomiezone mit Resorption (Phagozytose) und Degradation des Klebstoffes. Zu keinem Zeitpunkt zeigt sich nach Klebstoffapplikation mit MMA eine Barriere für die Osteogenese. Die 2D-3D-Micro-CT Analysen bestätigten die gute Biokompatibilität des Knochenklebstoffes mit MMA als Comonomer bei kompletter trabekulärer Durchbauung des ehemaligen Osteotomiespaltes.

In der Variante 2 mit HEMALA zeigt sich nur in primär klebstofffreien Bereichen eine Osteogenese. Der Klebstoff wurde hier fast nicht resorbiert und es findet nur eine minimale Degradation statt.

Die Ergebnisse zeigen signifikante Unterschiede bei den verwendeten Klebstoffvarianten. Der Knochenklebstoff mit MMA als Comonomer (Serie 1) ist mit seiner guten Biokompatibilität und Resorption der Modifikation mit HEMALA als Comonomer deutlich überlegen. Neben einer regelrechten Frakturheilung und einer Osteogenese ohne Barriere für die Zellmigration nach Klebstoffapplikation mit MMA, kann im Gegensatz dazu beim Klebstoff mit HEMALA als Comonomer (Serie 2) eine Barriere und Mineralisationsverzögerungen/-störungen beobachtet werden.
Der Klebstoff mit HEMALA als Comonomer ist somit nicht für die Anwendung zu empfehlen.
Kurzfassung auf Englisch: The intention of this experimental study was to verify the biocompatibility of two new forms of bone glues in a standardized fracture model in rabbits. The fracture healing after the application of the glue, the resorption, the degradation and the bone integration was supposed to be analysed through histologic and radiographic investigations. The new developed bone glue is based on Alkylen-bis(oligolactoyl)methacrylats. From the monomer Ethylenglycol-oligolactid-dimethacrylat (ELAMA) the glue is polymerizing into high branched, hydrolysable networks. The two glues differ in their added comonomere (4% methylmetacrylat (MMA=variant 1) and 5% hydroxyethyl-methacrylat-oligolactid (HEMALA=variant 2).

48 rabbits were operated unifemoral and the lateral condyle of the femur was reduced and refixed with and without boneglue. The animals were separated into three groups (control, variant 1 MMA and variant 2 HEMALA) and observed over a period of 7, 21, 42, and 84 days. The quantitative and qualitative prozess of resorption and degradation of the bone glue was analyzed during the observed time of fracture healing. Besides the histological light microscopy investigations and the scanning and transmission electron microscopy, the radiological documentation was completed with X-rays and 2D-3D micro-ct images.

The light- and electron microscopy evaluations showed a good resorption of fragments with increasing osteoblasts- and trabeclecular-development in the fracture gap in the control group and the variant 1 MMA group after 21 days. A minor delayed fracture healing was observed in the variant 1 MMA group, a missing fracture healing was seen in the variant 2 HEMALA group.

A complete bone reconstruction of the fracture gap was visible in the 42 days control group. A good resorption and a minor delayed fracture healing were observed in the bone glue group type 1 (MMA) as well. In the variant 2 group (HEMALA), osteogenesis or osteoblast activity was not seen. Mere a delay in mineralisation of the Osteoid occurred.

A complete reconstructed fracture gap was observed after 84 days in the control and the variant 1-MMA group. The boneglue also was completly degraded and removed through phagozytosis in the variant 1-MMA group. An inflammatory tissue reaction or a barrier of the osteogenesis was not found at any point after the glue application. The computed tomography and 2D-3D-micro-ct analysis confirmed the good biocompatibility and bone integration of the bone glue. In the variant 2 HEMALA group osteogenesis was only seen in glue-free areas. There is only a minimal phagozytosis and degradation of the boneglue.

So far the results show, that there are distinct differences in the characteristics of the two bone glue groups. Variant 1 has a good biocompatibility without any inflammatory tissue reaction and a good absorption. A regular fracture healing after an adequate reduction of the boneglue can be observed, without being a barrier for cellular migration and osteogenesis.

Variant 2 seems to be a barrier for the fracture healing and its use as a bone bonding agent can not be recommended.