Untersuchung der Integration von Simvastatin beschichteten Implantaten am Rattenmodell

Abstract

Einleitung: Implantatlockerung ist ein bekanntes Problem in der orthopädischen Chirurgie. Ein Ansatz zur Förderung der Implantatintegration besteht in der Beschichtung von Implantaten mit knochenanabolen Substanzen. Statine, bekannt als cholesterinsenkende Medikamente, haben in in vitro und in vivo Studien knochenanabole Effekte gezeigt. Simvastatin, ein lipophiler Vertreter der Statine, steigert die Expression des Wachstumsfaktors Bone-morphogenetic- Protein-2 (BMP-2) und stimuliert über diesen Mechanismus die Aktivität und Differenzierung von Osteoblasten. Dies erscheint in Bezug auf die Förderung der Knochenneubildung im Rahmen der Frakturheilung und Implantatintegration vielversprechend. Ziel der vorliegenden Studie war die Untersuchung der Wirkung von lokal appliziertem Simvastatin aus dem bioaktiven Trägermaterial Poly-D-L-Laktid (PDLLA) auf die Implantatintegration am Rattenmodell nach 56 Tagen Standzeit mit der Hypothese eines knochenanabolen Effektes. Methodik: Bei 80 weiblichen Sprague Dawley Ratten erfolgte die retrograde Implantation von Titan-Kirschnerdrähten in das rechte Femur. Die Versuchstiere wurden in vier Gruppen eingeteilt: Kontrollgruppe ohne Beschichtung, Beschichtung mit PDLLA, PDLLA plus Simvastatin in niedriger (SIM Low - 50µg) und hoher Dosierung (SIM High - 100µg). Nach 56 Tagen Standzeit erfolgte die radiologische, biomechanische und histologische Auswertung. Ergebnisse: Die biomechanische Testung ergab eine signifikant geringere Fixierungskraft in der SIM High Gruppe gegenüber beiden Kontrollgruppen (p < 0,05). Die histologische Untersuchung ergab signifikant geringere gesamte und direkte Knochen- Implantatkontakte der SIM High Gruppe im Vergleich zu beiden Kontrollgruppen (p < 0,05). Es zeigten sich signifikant geringere indirekte Knochen- Implantatkontakte der SIM High Gruppe gegenüber der PDLLA-Gruppe (p < 0,05). Die Knochenneubildung in der Bone Area war signifikant geringer in der SIM High Gruppe gegenüber beiden Kontrollgruppen (p < 0,05). Der gesamte Knochen- Implantatkontakt war in der SIM Low Gruppe geringer als in der unbeschichteten Kontrollgruppe, ohne Signifikanz. Die radiologische Auswertung zeigte in der SIM High Gruppe bei drei Tieren Osteolysen ohne mikrobiologischen Nachweis eines Infektes. Die Kontrollgruppen sowie die SIM Low Gruppe zeigten keine radiologischen Auffälligkeiten. Schlussfolgerung: Die Ergebnisse der vorliegenden Arbeit widerlegen die Hypothese einer Förderung der Knochen- Implantatintegration unter lokaler Beschichtung mit Simvastatin auf dem Trägermaterial PDLLA nach 8 Wochen Standzeit im Vergleich zu den Kontrollgruppen.

Background: Loosening of implants is a major problem in orthopedic surgery. Substances locally applied from implants supporting osseous integration via anabolic bone effects seem to be promising. Statins, well known cholesterol- lowering agents have shown anabolic bone effects in various studies. Simvastatin, a lipophilic statin, increases the expression of Bone- morphogenetic-protein-2 (BMP-2) in osteoblasts. BMP-2 stimulates the activity and differentiation of osteoblasts. Therefore it is important to further investigate the influence of statins on bone formation during the process of implant integration and fracture healing. The aim of the present study was to investigate the effect of simvastatin locally applied from a bioactive coating poly-D-L-Laktid, PDLLA, of titanium implants in rat femora in a radiographic, histologic and biomechanical analysis of their osseous-integration. Methods: 80 female Sprague Dawley rats received retrograde nailing of the right femur with titanium k-wires uncoated vs. PDLLA coated vs. PDLLA and statin coated in a low and a high dose (SIM Low, 50µg and SIM High, 100µg). After 56 days radiographic, biomechanical and histologic evaluation was performed. Results: Biomechanical analysis demonstrated significant lower strength of fixation for SIM High group versus both control groups, uncoated vs. PDLLA coating only (p < 0,05). Histological analysis showed significant less total and direct bone- implant contacts in SIM High versus both control groups (p < 0,05). Indirect bone-implant contacts in SIM High versus PDLLA coating only were significantly reduces (p < 0,05). For SIM Low less total bone-implant contacts compared to uncoated control groups were found, without significance. New bone formation was significantly reduced in SIM High versus both control groups (p < 0,05). Radiographic analysis showed osteolysis surrounding the implant in 3 animals of SIM High group, microbiologic analysis showed no bacterial infection. Both control groups and SIM Low group showed no pathologic findings. Conclusions: The results of the present study falsify the hypothesis of improved osseous integration of orthopedic implants under the influence of locally applied Simvastatin from the bioactive coating PDLLA of intramedullar titanium k-wires in rat femora after 8 weeks when compared to control groups.