In vivo-Untersuchung von 3D-pulvergedruckten CMP-basierten Scaffolds im belasteten segmentalen Tibia-Defektmodell

Einleitung Calcium-Magnesium-Phosphat-Zemente (CMPC) gelten als vielversprechende Knochenersatzmaterialien, da sie die Eigenschaften von reinen Calcium- (CPC) und Magnesium-Phosphat-Zementen vereinen. Sie weisen durch die Magnesiumkomponente initial eine höhere Festigkeit auf und zeigen infolge ihrer hohen Löslichkeit eine schnellere Degradation als reine CPCs. Da CMPCs bisher nur im unbelasteten Defektmodell analysiert worden sind, wurden in der vorliegenden Studie CMPC-Scaffolds angefertigt, in einen lasttragenden segmentalen Defekt der Kaninchentibia eingesetzt und in vivo untersucht.

Methode Es wurden Keile aus CMPC mittels 3D-Pulverdruck hergestellt. Nach Druck und Sinterung wurden sie für die finale Festigkeit drei (CMPC3S, n=5) bzw. vier Mal (CMPC4S, n=5) mit Phosphorsäure nachbehandelt, wobei sich Farringtonit (Far) und Stanfieldit (Sta) teilweise zu Newberyit (New) und Bruschit (Bru) umwandelten (Zusammensetzung: CMPC3S: Bru 10,8 wt%, Sta 23,6 wt%, Far 12,0 wt%, New 53,6 wt%; CMPC4S: Bru 13,7 wt%, Stan 14,9 wt%, Far 9,0 wt%, New 62,4 wt%). In Nachahmung einer Korrekturosteotomie wurden die Keile (Tiefe: 5,1 mm, Breite: 13,9 mm, Höhe: 10,2 mm) in die rechte proximale Tibia von Kaninchen eingesetzt und 6 Wochen lang untersucht. Post OP, sowie alle 2 Wochen wurden Röntgen- und in vivo µ-CT-Untersuchungen zur Beurteilung der Degradation durchgeführt und semiquantitativ (Scoringsystem) sowie quantitativ (Dichte- und Volumenmessungen) ausgewertet.

Ergebnisse Die Keile wurden von allen Tieren klinisch gut vertragen. Die Analysen ergaben einen raschen Verlust der ursprünglichen Form ab Woche 2 (CMPC3S) bzw. Woche 4 (CMPC4S), dabei fragmentierten alle CMPC3S-Keile nach 2 Wochen. Diese Fragmentierung trat bei CMPC4S nicht auf. Das µ-CT zeigte bei allen Tieren eine beginnende endostale und periostale Überbrückung des Osteotomiespaltes mit Kallus ab Woche 2, wobei periostaler Kallus bei 2/5 CMPC3S ausgeprägter war als bei CMPC4S. Bei allen CMPC4S-Keilen war ab Woche 4 an mehreren Stellen Knochenkontakt vorhanden. Bei CMPC3S zeigte sich dies bei nur 3/5 Tieren vereinzelt. Ab Woche 2 stellte sich im µ-CT bei CMPC3S eine nicht röntgendichte Resorptionszone um den Keil dar, die bei CMPC4S erst ab Woche 4 auftrat. Nach 6 Wochen wurde ein Verlust der Dichte (CMPC4S 2,7%; CMPC3S 9,3%) und des Volumens (CMPC4S 65,7%; CMPC3S 94,5%) festgestellt.

Diskussion CMPC4S und CMPC3S zeigten Unterschiede in der Degradation. CMPC3S verlor bereits nach 2 Wochen seine Integrität und Form, weshalb es für lasttragende Defekte nicht geeignet erscheint. Bei beiden Materialien wurde beginnender Knochenkontakt festgestellt. CMPC4S scheint aufgrund der homogeneren Degradation besser geeignet zu sein. Dies muss jedoch noch histologisch evaluiert und über einen längeren Zeitraum hinsichtlich des weiteren Degradationsverhaltens und der Osteogenese analysiert werden.

Keywords Calcium-Magnesium-Phosphat-Zemente, Scaffold, belastetes segmentales Defektmodell, Biodegradation, 3D-Pulverdruck

Korrespondenzadresse Elke Hemmerlein, Ludwig-Maximilians-Universität München, Chirurgische und Gynäkologische Kleintierklinik, Veterinärstraße 13, 80539 München, Deutschland, E-Mail: [e-mail]

Publication History

Article published online:
08 September 2022