Ziel der vorliegenden Untersuchung war die erstmalige tierexperimentelle Untersuchung einer neuen Gruppe von Kompositen mit einer Komponente aus Hydroxylapatit (HA) und einer organischen Komponente. Der Apatit zeigte eine dem menschlichen HA entsprechende Kristallgröße, mit - wie aus vorläufigen Untersuchungen bekannt - besseren Degradierbarkeit. Die organische Komponente sollte die Bindung von pharmakologisch aktiven Substanzen ermöglichen, deren lokale Freisetzung eine Steuerbarkeit der Degradationsrate sowie Festigkeit erlauben sollte. Drei verschiedene Organoapatite einer mit Poly-L-Lysin (als Kontrolle), einer mit Poly-HEMA (ein Knochenzement zur Erhöhung der mechanischen Festigkeit) und einer mit einem Makromonomer aus Indomethacin/Tyrosin/HEMA (als anti-inflammatorischen Zusatz) in der Matrix wurden in einem standardisierten Kaninchenmodell mit „critical size"-Defekt in spongiösem Knochen untersucht und die Gewebe- und Materialantwort nach 7, 28 und 84 Tagen makroskopisch, lichtmikroskopisch, elektronenmikroskopisch und mittels In-situ-Hybridisierung qualitativ und quantitativ ausgewertet. Nanokristalliner HA wurde wie Knochen in An-/Ab- und Umbauvorgänge einbezogen. Durch organischen Zusatz konnte die biologische Verträglichkeit erheblich beeinflusst werden. Die geringste entzündlichen Reaktion mit der geringsten Ausbildung von Fasergewebe, das schnellste knöcherne Einwachsen und den meisten Knochenkontakt, sowie die meisten Osteoklasten ähnlichen Zellen am Interface nach 7 und 28d zeigte Indo-OA. Auf molekularer Ebene akzelerierte und steigerte es die Knochenbildung im Vergleich zur Leerlochkontrolle und den anderen Implantatmaterialien. Nach 84d zeigte Indo-OA einen Trend zu weniger Knochenkontakt als HEMA-OA. Dies beruhte hauptsächlich darauf, dass an 2 der 6 Implantate von Indo-OA in der Lichtmikroskopie kein Knochenkontakt bestand. Hier zeigten sich in einem Fall Zeichen einer chronischen Entzündung. Die schlechten mechanischen Eigenschaften des nanokristallinen HA konnten durch den organischen Zusatz verbessert werden. Die HEMA-OA-Implantate waren am stabilsten. PLL-OA erschien durch die meiste entzündliche Reaktion, Oberflächendegradation und Implantatfragmentation sowie geringste Knochenbindung als Implantatmaterial weniger geeignet. Die Implantate waren zellulär degradierbar und es zeigte sich eine Zunahme der Riesenzellen (RZ) am Interface über die Zeit. Es konnte extrazelluläre Auflösung sowie Phagozytose mit intrazellulärer Auflösung von Implantatbestandteilen nachgewiesen werden. Als Zeichen zellulärer Degradation fanden sich Lakunen in der Implantatoberfläche. Für die klinische Anwendung ist Indo-OA empfehlenswert, da es degradierbar ist, schnell einwächst und die postoperative Entzündung minimiert. Auf Grund der geringen Festigkeit kann es nur in nicht belasteten Defekten eingesetzt werden.
We investigated a new group of nanacristalline hydroxyapatite (HA) with an organic component. The HA had the same cristal dimensions as in human bone, which is known to facilitate the cellular degradation. The organic component allowed the binding of pharmacologic active substances and the controlled release after implantation as well as a control of the degradation rate of the HA. HA was coprecipitated and photopolymerized containing the Makropolymer Indomethacin/Tyrosin/HEMA (Indo-OA), and as controls containing Poly-HEMA (HEMA-OA) alone or Poly-L-Lysin (PLL-OA). These were investigated in a standardized rabbit-model with a critical-size-defect in spongy bone. The host- and material response were examinated after 7, 28, and 84 days (d) using histology, histomorphometry, electronmicroscopy and in-situ-hybridisation techniques. Nanocristalline HA was similarly bonded and subjected to remodelling like normal bone. The biological behavior of HA was strongly influenced by the added organic polymer. Indo-OA showed the weakest inflammatory reaction, the smallest amount of fibrous tissue, the fastest incorporation in bone and the highest amount of bone-contact and number of osteoclast-like-cells at the interface after 7 and 28d. On a molecular basis it showed an acceleration and increase of bone-formation as compared to the empty-hole-controll and the other materials. After 84d it showed less bone- contact as HEMA-OA, mostly because 2 of 6 implants prepared for lightmicroscopic evaluation showed nearly no bone-contact. One of those showed signs of chronic infection. The weak mechanic properties of the nanocristalline HA could be improved by adding the organic component. The HEMA-OA implants appeared to be the most stable ones. HEMA-OA (as the anchor- substance for indomethacin in the HA) had no negativ influence on bone metabolism. PLL-OA is unfavourable because it showed the strongest inflammatory reaction, surface erosion and implant-fragmentation as well as the lowest bone-contact at the interface. We found cellular degradation of the implants and a rise of the number of multi-nucleated giant-cells at the interface over time. We saw extracellular dissolution as well as phagocytosis and intracellular dismantling of implantmaterial. As signs of cellular degradation we saw lacunes on the implantsurface. The number increased over time. Indo-OA and HEMA-OA showed more lacunes as PLL-OA. For clinical use Indo-OA is recommendable, because it is degradable, quickly bonded and fixed to bone, showed the most bone-contact and minimized the postoperative inflammation. Because of his weak mechanical properties it can be used only in non loaded areas.
