Histopathologische Befunde am Interface einer künstlichen Hüftpfanne mit einer 3D-Titannetz-Beschichtung nach einer Standzeit von 27 Jahren

Zusammenfassung

Metallische Leitgerüste zur Knochenanbindung unter Lasteinfluss sind seit mehr als 60 Jahren Gegenstand einer stetigen Forschung. 1982 erfolgte nach intensiven tierexperimentellen Untersuchungen durch Jorge Galante die erste Implantation einer künstlichen Hüftpfanne mit einer Beschichtung aus einem Titangeflecht. Um die Struktur des dreidimensionalen Titangeflechts während der Anbindung und Verschmelzung mit der aus TI-6Al-4V-Legierung bestehenden Pfanne nicht zu beeinflussen, erfolgte der Verschweißungsprozess unter milden Temperaturbedingungen. Es entstand ein Verbund mit starker Schichthaftung. Um einen soliden knöchernen Einbau der beschichteten künstlichen Hüftpfanne im menschlichem Beckenknochen zu gewährleisten, waren Poren mit einem Durchmesser von 100–300 μ erforderlich. Zusammen mit den interkonnektierenden Kanälen als den Verbindungswegen zwischen den Poren war ein ausgedehnter Knocheneinwuchs möglich.

In dem hier vorliegenden Fall wird über die histopathologischen Befunde am interface eines Pfannenimplantats mit einer fibermesh-Beschichtung nach 27 Jahren Standzeit berichtet.

Bei einem 82-jährigen Mann wurde die künstliche Hüftpfanne wegen eines ausgedehnten Inlay-Verschleißes explantiert. Nach Auftrennen der Metallkomponente mit der Diamantsäge und Aufarbeiten des vollhemisphärischen Präparats zu einem unentkalkten Dünnschliffpräparat (Dicke 30 μ) erfolgte die Färbung mit Toluidinblau.

Auffällig war eine enorme Variationsbreite der Porosität sowie der Nachweis von Abriebpartikeln in einigen interkonnektierenden Porenkanälen. Ein Knocheneinwuchs war nahezu an allen Stellen der dreidimensionalen Beschichtung des Titandrahtgeflechts nachzuweisen. Der Knochen umgab einzelne Titandrähte und reichte oft bis an die Pfannenschale hinab.

Die histopathologischen Befunde am Einzelpräparat weisen darauf hin, dass auch nach 27 Jahren Standzeit das Drahtgeflecht aus Reintitan als festverschweißte und gegen Abrieb resistente Pfannenbeschichtung einen Knocheneinwuchs bis auf die solide Grundschale der künstlichen Hüftpfanne zulässt.

Summary

Metallic scaffolds aimed for hard tissue engineering under load bearing condition have been the subject of in vivo research for more than 60 years.

The extensive research of Jorge Galante led to the first implantation of a fiber metal acetabular cup in 1982.

The proprietary diffusion bonding process onto the Ti-6Al-4V alloy substrate uses relatively low temperature for retaining the integrity of the microstructures and creating a solid strength between fiber metal and the core.

To serve properly as a coating of an acetabular cup in human skeletal reconstruction the titanium fiber mesh offers pore channels which are of a diameter over 100 –300 μ and conducive to bone invasion with continuity of pore channels.

In this article the histopathological findings of this bone implant-interface of an acetabular cup after 27 years lifetime are described. A 82 years old man had undergone revision surgery of his right hip because of extensive wear of the liner of the Harris-Galante artificial cup with a fibermesh coating of the hemispherical construct. The components were removed. Toluidine blue stain of the undecalcified histological thin section (thickness 30μ) of the cup explant in a representative full hemispherical plane of section was performed. Besides remarkable differences of porosity in the fibermesh-construct and some wearparticles in the interconnecting pores there was adaptive bone remodeling allover the hemispherical surface mostly surrounding the titanium fiberwires and reaching to the core of the solid cup.

The histopathological findings 27 years after implantation indicate an adaptive bone remodeling at the interface to the deep solid core of the acetabular cup. The surface coating is resistant against wear and crack even under very unfavourable conditions of enormous bearing surface wear.

Schlüsselwörter

3D-Titannetz-Beschichtung - biokompatible Metalle - poröse Lastträger im Knochen

Keywords

Metallic bone scaffolds - 3-D-metallic fibermesh-constructs - biocompatible metals - loadbearing porous structures

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