Die offene Reposition und Osteosynthese mit Titanplatten gilt als Goldstandard bei der Versorgung von Frakturen im Kiefer- und Gesichtsbereich, um eine anatomische Retention und eine schnelle Funktionswiederherstellung zu ermöglichen. Kommt es jedoch zu implantatassoziierten Komplikationen oder wünscht es der Patient, müssen diese Platten wieder entfernt werden. Als resorbierbares Osteosynthesematerial bietet Magnesium den Vorteil, dass eine zweite Operation zur Materialentfernung überflüssig wird. Aufgrund seiner mechanischen Eigenschaften ist es für den Einsatz in lasttragenden Bereichen geeignet. Bei der Degradation von reinem Magnesium kommt es zu einer starken Gasbildung, die radiologisch sichtbare Lysezonen im Knochen verursacht. Durch die Verwendung einer Legierung mit passivierenden Elementen und durch Oberflächenmodifikation kann diese Gasbildung verzögert werden. Im Rahmen dieser Doktorarbeit wurde die Implantatdegradation und der Einfluss auf den umliegenden Knochen von WE43-basierten Magnesiumimplantaten mit und ohne PEO-Oberflächenmodifikation im Langzeitversuch untersucht. Es erfolgte die Implantation von Miniplatten in Humerus und Femur von Göttinger Minipigs und die Entnahme nach einer Standzeit von 6 und 12 Monaten. Quantifiziert wurde das Residualvolumen der Schrauben [SV/TV %] und des Knochens [BV/TV %] im Mikro- CT in definierten Volumes-of-Interest (VOIs). Histomorphometrisch wurde in definierten Regions-of-Interest (ROIs) die verbliebene Implantatfläche quantifiziert [Sc/ROI.Ar %] und die Fläche des umgebenden Knochens bestimmt [MdB/ROI.Ar %]. Der Bone-Implant-Contact wurde ermittelt und die Menge an lamellärem Knochen in einer definierten ROI um die Schraube quantifiziert [%], sowie die Überwachsung der Platte [mm2] bestimmt. Zu beiden Entnahmezeitpunkten zeigt sich eine stärkere Resorption der unbeschichteten Implantate in Histologie und Mikro-CT. Nach 6 Monaten ist das verbleibende Implantatvolumen der Schrauben im kortikalen Bereich im Mikro-CT bei den unbeschichteten Implantaten signifikant reduziert im Vergleich zu den PEO- oberflächenmodifizierten Implantaten. Histologisch zeigt sich eine signifikant stärkere Flächenreduktion der unbeschichteten Implantate nach 12 Monaten im kortikalen Bereich und im Markraum. Im kortikalen Bereich zeigt sich in der Umgebung der beschichteten Schrauben nach 6 Monaten in Mikro-CT und Histologie ein höherer Knochenanteil, im Markraum jedoch findet eine stärkere Knochenanlagerung in der Umgebung der unbeschichteten Schrauben statt. Dies ist nachweisbar in Histologie und Mikro-CT. Zu beiden Entnahmezeitpunkten besteht bei den beschichteten Implantaten ein höherer Bone-Implant-Contact, nach 6 Monaten ist der Unterschied signifikant. Ein höherer Anteil an lamellärem Knochen um die beschichteten Schrauben ist nach 6 und 12 Monaten feststellbar. Zu beiden Entnahmezeitpunkten sind die beschichteten Platten stärker von Knochen überwachsen. Nach einem Implantationszeitraum von 6 und 12 Monaten führt die Verwendung einer PEO-Oberflächenmodifikation zu einer signifikanten Verzögerung der Implantatdegradation im kortikalen Bereich der Schrauben, zu einer gesteigerten Knochenquantität und zur signifikant besseren Osseointegration nach 6 Monaten.
To establish an anatomical reposition and a quick regain of function, open reduction and internal fixation by titanium plates is considered the gold standard for fracture treatment of the jaws. If implant-associated complications occur, a second operation is necessary. As a resorbable material, magnesium offers the advantage of making a second operation for screw and plate removal unnecessary. Because of its biomechanical properties, it is suitable for load-bearing indications. The degradation of pure magnesium is linked to a massive development of hydrogen gas, causing radiologically visible bone resorption. Alloys with passivating elements and surface modification are strategies to slow down the process of degradation. In this study degradation, influence on the surrounding bone and osseointegration of WE43-based magnesium miniplates with and without PEO surface modification, implanted in humerus and femur of minipigs, after 6 and 12 months was investigated. The remaining screw volume [SV/TV %] and the surrounding bone [BV/TV %] was quantified in defined volumes of interest (VOIs) using micro-CT. The remaining implant area [Sc/ROI.Ar %] and the area covered with bone [MdB/ROI.Ar %] was quantified in regions of interest (ROIs). The bone-to-implant contact ratio (BIC) was determined and the amount of lamellar bone quantified, surrounding the screws [%]. Additionally, we measured the quantity of bone covering the plates [mm2]. At both points in time, the unmodified implants showed a faster degradation in histology and radiology. After 6 months, the remaining implant volume of the unmodified screws in the cortical area in micro-CT was significantly reduced compared to the screws with modification by PEO. Histologically there was a significant area reduction of the unmodified screws after 12 months in the cortical area and bone marrow. The cortical area shows more bone close to the surface-modified screws in micro-CT and histology, but in the bone marrow there is a higher appearance of bone close to the unmodified screws, to be seen in micro-CT and histology. The surface-modified screws present with a higher BIC. After 6 months, this difference is significant. A higher percentage of lamellar bone is to be seen in the surrounding of the screws with surface-modification and we found more bone overgrowing the surface-modified plates. The PEO modification lead to a significant delay of implant degradation in the cortical region of the screws after the implantation period of 6 and 12 months. Additionally, there was an increased quantity of bone in the cortical region and a significantly better osseointegration after 6 months.
