Verfahren zur Modifizierung von Implantatoberflächen mit Biokeramik: eine tierexperimentelle Studie

Abstract

Die Oberflächenqualität eines Implantates wird durch seine chemischen und physikalischen Eigenschaften und topografischen Besonderheiten bestimmt. Anliegen dieser Arbeit war es zu überprüfen, ob sich durch Einsatz von Biokeramik (GB14/AP40) als Strahlgut eine Verbesserung des MBC gegenüber einem in herkömmlicher Weise mit Korund (Korox) abgestrahlten Titanimplantat erzielen lies. Als Referenz diente ein unbehandeltes Titanimplantat (cpTi). Die bestimmten Mittenrauwerte Ra lagen bei 0,35 µm für die unbehandelten Implantate, 0,56 µm für die mit Biokeramik und 1,04 µm für die mit Korund abgestrahlten Implantate. Die Analyse mit einem energiedispersiven Röntgenspektrometer (EDX) ergab, dass die Partikel bei einer Abstrahlung in die Titanoberfläche impaktiert werden. Die unterschiedlich vorbehandelten Implantate wurden in das Patellagleitlager von Chinchilla Kaninchen implantiert. Für die Untersuchungen wurden nach 7, 28 und 84 Tagen Proben entnommen, fixiert, eingebettet, geschnitten und gefärbt. Die morphometrische Bewertung unter dem Mikroskop ergab, dass sich nach 7 Tagen noch bei keinem der Probekörper ein Implantat-Knochen Kontakt (MBC) ausbildete. Nach 28 Tagen hatten die Einheilung und das Knochenwachstum begonnen. Bei den unbehandelten Probekörpern wurden in 3 von 5 Fällen und bei den mit Korund oder Biokeramik abgestrahlten Probekörpern in jeweils 4 von 5 Fällen Implantat-Knochen- Kontaktbereiche festgestellt. Der MBC lag in der Regel unter 10 %. Nach 84 Tagen lag bereits in allen Fällen ein MBC vor. Bei den unbehandelten Probekörpern lag der MBC in 3 von 4 Fällen unter 11 %. Dagegen lag der MBC bei den mit Korund (Korox) abgestrahlten Proben im Bereich von 31 % bis 65% und bei den mit Biokeramik (GB14/AP40) abgestrahlten Proben zwischen 53 % und 77 %. Der Einsatz von Biokeramiken scheint somit im Vergleich zu Korund zwar eine zeitlich verzögerte, aber dann erhöhte Knochenbildung zu initiieren. Nach einer Liegedauer von 28 Tagen wurde bei den unbehandelten und mit Biokeramik abgestrahlten Probekörpern noch keine Verbundfestigkeit festgestellt und bei den Korund abgestrahlten Probekörpern in 2 von 5 Fällen. Nach 84 Tagen war bei den unbehandelten Probekörpern immer noch keine Zugfestigkeit vorhanden. Bei den mit Biokeramik abgestrahlten Probekörpern lag in 4 von 5 Fällen und bei den Korund abgestrahlten Probekörpern in allen Fällen eine gewisse Zugfestigkeit vor. Die mit Korund abgestrahlten Proben wiesen eine im Mittel um den Faktor 2,5 höhere Zugfestigkeit auf, als die mit Biokeramik (GB14/AP40) abgestrahlten Proben. Für weitere Untersuchungen ergeben sich die Fragen nach dem Einfluss der Rauheitsstruktur und der Zusammensetzung der Oberfläche auf das Langzeitverhalten von Implantaten.

The surface quality of an implant is defined by its chemical and physical properties and its topographical characteristics. The aim of the present thesis was to verify, whether the application of bioceramics (GB14/AP40) as grit leads to an amelioration of the MBC in comparison with a conventional blasting of titanium implants with corundum (Korox). An untreated titanium implant was used as reference. The determined mean values for roughness resulted in 0,35 μm for untreated implants, 0,56 μm for implants treated with bioceramics and 1,04 μm for those treated with corundum. An energy dispersive X-ray analysis (EDX) showed that the particles were impacted into the titanium surface during the blasting. The so pre-treated implants were implanted into the slipping patella of chinchillas. Samples were extracted, fixed, embedded, cut and colored after 7, 28 and 84 days for examination. The morphometrical evaluation under the microscope lead to the result that no specimen had formed an implant-bone-contact (MBC) after 7 days. After 28 days the mending and the bone growth had begun. Of the untreated specimen 3 of 5 cases showed implant- bone contact while MBC was found in 4 of 5 cases treated with corundum or bioceramics. Generally the MBC was below 10%. After 84 days all cases displayed MBC. Of the untreated specimens 3 of 4 had an MBC below 11%. In contrast to this result the specimen blasted with corundum showed an MBC between 31% to 65% and the ones blasted with bioceramics ranged between 53% and 77%. Consequently the use of bioceramics seems to first have a delayed but then, at a later stage, an increased bone growth in comparison with the application of corundum. After a period of 28 days the untreated specimens as well as the ones blasted with bioceramics showed no compound strength. Of the specimens blasted with corundum 2 of 5 displayed compound strength. After 84 days the untreated samples still exhibited no tensile strength. A certain tensile strength was found in 4 of 5 cases treated with bioceramics and in all cases treated with corundum. The samples blasted with corundum had an average tensile strength 2.5 times higher than the ones blasted with bioceramics (GB14/AP40). Further studies will have to assess the influence of surface roughness and structure on the long-run behaviour of implants.