Untersuchungen zur Toxizität von Glasionomerzement

Zusammenfassung

Hintergrund: Die Besonderheit des biokompatiblen Knochenersatzmaterials Glasionomerzement besteht darin, dass es sich beim Aushärten lückenlos und dauerhaft mit dem angrenzenden Knochen verbindet. Während ausgehärtete Ossikelrohlinge z. B. als Gehörknöchelchenersatz ausgezeichnete funktionelle Resultate erbrachten, erwies sich die Anwendung des frisch angemischten Zementes trotz detaillierter Anweisungen des Herstellers als problematisch. Beispielsweise führte der Werkstoff durch unsachgemäße Anwendung bei Liquorkontakt vereinzelt zu schwerwiegenden Komplikationen. In einem Zellkulturmodell wurde geprüft, welchen Einfluss frühzeitiger Flüssigkeitszutritt auf die Zementqualität/Zementstabilität hat und wie lange der Werkstoff aushärten sollte, um keine schädigende Auswirkung mehr auf den Organismus auszuüben. Verschiedene homologe (allogene) und alloplastische Materialien wurden mit Glasionomerzement kombiniert, um den (Schutz-) Effekt auf Zellen bei gleichbleibenden Zementeigenschaften zu testen. Methode: 1) Nach der Anmischphase wurden Glasionomerzement (Ionocem®)-Prüfkörper zu unterschiedlichen Zeitpunkten in Ringerlösung eingelegt. 2) Während der Abbindephase wurden Glasionomerzement (Ionocem®)-Prüfkörper mit homologen und alloplastischen Materialien beschichtet. Die Konzentrationen freigesetzter zementbildender Ionen sowie toxische Wirkungen auf 3T3-Mäusefibroblasten wurden in der Zellkultur bestimmt. Ergebnisse: Wurde Glasionomerzement innerhalb der ersten 2 Stunden nach Anmischen nicht vor jeglichem Flüssigkeitskontakt geschützt, so ließen sich zytotoxische Wirkungen feststellen. Das Zellverhalten wurde besonders ungünstig von abbindendem Zement mit einer Gesamtaushärtungszeit unter 25 Minuten beeinflusst. Durch die Beschichtung mit PDS-Folie konnten zellschädigende Wirkungen bei 30 Minuten ausgehärtetem Glasionomerzement hochsignifikant und durch das Aufbringen von viskösem Kollagen signifikant vermindert werden. Die Zementtoxizität wurde durch Kombinationen mit einigen Beschichtungsmaterialien (z. B. Dura mater, Fascia lata) verstärkt. Schlussfolgerung: Glasionomerzement sollte nach Beendigung des Anmischvorganges mindestens 30 Minuten lang vor jeglichem direkten Flüssigkeitszutritt geschützt werden. In diesem Zeitraum sollte ein Weichgewebekontakt des Werkstoffes vermieden werden. Die Biokompatibilität von Glasionomerzement wurde in der Zellkultur durch die Kombination mit PDS-Folie und viskösem Kollagen deutlich verbessert. Bei Ausweitung der Indikation des wieder im Handel erhältlichen Glasionomerzement (Biocem®) sollten die Anwendungsgrenzen streng beachtet werden.

Experimental Analysis Concerning the Toxicity of Ionomeric Cement

Background: The hybrid bone substitute ionomeric cement achieves a stable and durable space-free bond to adjacent bone during hardening. Clinical studies have evaluated the material differently: Fully hardened ionomeric cement showed in middle ear surgery, e.g. as an ossicular prosthesis, good biocompatibility with outstanding functional results. In a few cases, freshly mixed ionomeric cement led to severe complications after contact with CSF in skull base surgery. Therefore we intended to evaluate the influence of early fluid contact on the quality of cement and to define the interval for a safe application of the material, using a cell culture model. Further we intended to investigate whether combining cement with homologous and alloplastic materials influenced its quality. Methods: 1) Ionomeric cement (Ionocem®) test bodies were placed in Ringer's solution at different times after the mixing phase. 2) Ionomeric cement (Ionocem®) test bodies were coated with different clinically used homologous and alloplastic materials during the setting and hardening phase. The concentrations of released cement-forming ions and the toxic effects on mouse fibroblasts within cell cultures were measured. Results: Cytotoxic effects were observed when ionomeric cement was not carefully protected from fluid contact for the first two hours after mixing. This was due to forced fast elution of large amounts of cement-constituting fluoride ions and aluminium ions and to the development of acid valences and their interactions. A total hardening time of less than 25 min had an especially unfavourable influence on cell behaviour. Cell impairments could be reduced significantly by coating the 30-minute cured cement with PDS sheeting and significantly by covering it with viscous collagene. On the other hand, cement toxicity was intensified in part by combinations with some other coating materials. Conclusions: Ionomeric cement should be kept dry and protected from any fluid contact for at least 30 minutes after mixing. Contact with soft tissue should also be avoided for this time. With a hardening time of 30 minutes, the quality and biocompatibility of glass ionomeric cement could be substantially optimized by coating it with PDS sheeting. These results should be verified in animal experiments and clinical trials.

Schlüsselwörter:

Glasionomerzement - Knochenersatz - Toxizität - Frühzeitiger Flüssigkeitszutritt - Homologe und alloplastische Materialien

Key words:

Ionomeric cement - Bone substitute - Toxicity - Early fluid contact - Elution of ions - Homologous and alloplastic materials

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