dc.contributor.author
Lubnow, Matthias
dc.date.accessioned
2018-06-07T16:59:49Z
dc.date.available
2003-12-11T00:00:00.649Z
dc.identifier.uri
https://refubium.fu-berlin.de/handle/fub188/3263
dc.identifier.uri
http://dx.doi.org/10.17169/refubium-7463
dc.description
Titelseite und Inhaltsverzeichnis
Inhaltsverzeichnis 1
Verwendete Abkuerzungen 5
Abstract 7
Zusammenfassung 9
Danksagung 11
Lebenslauf 12
1\. Einleitung 15
1.1. Problemstellung 15
1.2 Stand der Forschung 16
1.3 Zielsetzung 27
1.4 Methodischer Ansatz 27
2\. Material und Methode 29
2.1 Material 29
2.2 Versuchsaufbau 30
2.3 Versuchstiere und Tierhaltung 30
2.4 Operationsverfahren 31
2.4.1 Implantation 31
2.4.2 Explantation 32
2.5 Aufarbeitung der Proben 33
2.5.1 Lichtmikroskopie 33
2.5.2 Elektronenmikroskopie 33
2.5.3 In-situ-Hybridisierung (ISH) 34
2.5.3.1 Herstellung der RNA-Sonden 35
2.5.3.1.1 Klonierung und Linearisierung 35
2.5.3.1.2 In vitro Transkription 36
2.5.3.1.3 Alkalische Hydrolyse 36
2.5.3.2 Nicht radioaktive ISH 36
2.5.3.3 Kontrollen 37
2.5.3.4 Radioaktive ISH 37
2.6 Auswertung 37
2.6.1 Makroskopische Auswertung 38
2.6.2 Auswertung der Lichtmikroskopie 38
2.6.2.1 Parameter zur Auswertung der Gewebeantwort 39
2.6.2.1.1 Qualitative Gewebeantwort 39
2.6.2.1.2 Quantitative Gewebeantwort 39
2.6.2.2 Parameter zur Auswertung der Materialantwort 40
2.6.2.2.1 Qualitative Materialantwort 40
2.6.2.2.2 Quantitative Materialantwort 40
2.6.2.3 Auswertung in Bezug auf die Aufarbeitungstechnik 42
2.6.3 Auswertung der Elektronenmikroskopie 42
2.6.4 Auswertung der In-situ-Hybridisierung 42
2.6.5 Statistische Auswertung 42
3\. Ergebnisse 44
3.1 Lichtmikroskopie 44
3.1.1 Erscheinungsbild vor Implantation 44
3.1.2 Liegezeit 7 Tage 44
3.1.2.1 Gewebeantwort 44
3.1.2.2 Materialantwort 45
3.1.3 Liegezeit 28 Tage 46
3.1.3.1 Gewebeantwort 47
3.1.3.2 Materialantwort 49
3.1.4 Liegezeit 84 Tage 49
3.1.4.1 Gewebeantwort 50
3.1.4.2 Materialantwort 51
3.1.5 Histomorphometrie 51
3.1.5.1 Gewebeantwort 52
3.1.5.1.1 Gewebekontaktzonen und Riesenzellen am Interface 52
3.1.5.1.1.1 Knochenkontakt 52
3.1.5.1.1.2 Osteoidkontakt 52
3.1.5.1.1.3 Versuch 1993 53
3.1.5.1.1.4 Versuch 1994 53
3.1.5.1.1.5 Chondroid am Interface 53
3.1.5.1.1.6 Weichgewebe am Interface 53
3.1.5.1.1.7 Lokalisation des maximalen Knochenkontakts 53
3.1.5.1.2 Bildung von Fasergewebe am Interface 54
3.1.5.1.3 Riesenzellen am Interface 54
3.1.5.1.3.1 Riesenzellen / mm 54
3.1.5.1.3.1.1 Versuch 1998 54
3.1.5.1.3.1.2 Versuch 1993 55
3.1.5.1.3.1.3 Versuch 1994 55
3.1.5.1.3.2 Subspezifizierung der Riesenzellen 55
3.1.5.1.3.3 Riesenzellen auf degradierten Oberflaechen 56
3.1.5.2 Materialantwort 56
3.1.5.2.1 Degradation des Implantats 56
3.1.5.2.1.1 Degradierte Implantatoberflaeche 56
3.1.5.2.1.2 Anteile der Gewebearten in Kontakt zu degradierter Oberflaeche
57
3.1.5.2.1.3 Degardierte Anteile der Gewebekontakte 57
3.1.5.2.2 Lakunenanzahl 58
3.1.5.2.3 Lakunenlaenge 59
3.1.5.2.3.1 Gesamte Lakunenlaenge 59
3.1.5.2.3.2 Durchschnittliche Lakunenlaenge 59
3.1.5.2.4 Lakunenflaeche 59
3.1.5.2.4.1 Gesamte Lakunenflaeche 59
3.1.5.2.4.2 Durchschnittliche Lakunenflaeche 60
3.1.5.2.5 Auslaugung 60
3.1.5.2.6 Betrachtung der Verfahrenstechnik 61
3.1.5.2.6.1 Blasenbildung 61
3.1.5.2.6.2 Knochenbindung über die Schnittfolge 61
3.2 Elektronenmikroskopie 62
3.2.1 Vor Implantation 62
3.2.2 Liegezeit 7 Tage 62
3.2.2.1 Materialantwort 62
3.2.2.2 Gewebeantwort 62
3.2.3 Liegezeit 28 Tage 62
3.2.3.1 Materialantwort 62
3.2.3.2 Gewebeantwort 63
3.2.4 Liegezeit 84 Tage 64
3.2.4.1 Materialantwort 64
3.2.4.2 Gewebeantwort 64
3.2.5 Rueckstreu-Elektronen-Modus 64
3.3 In-situ-Hybridisierung 65
3.3.1 Liegezeit 7 Tage 65
3.3.1.1 Gewebeantwort Implantat 65
3.3.1.2 Gewebeantwort Leerlochkontrolle 66
3.3.2 Liegezeit 28 Tage 66
3.3.2.1 Gewebeantwort Implantat 66
3.3.2.2 Gewebeantwort Leerlochkontrolle 67
3.3.3 Liegezeit 84 Tage 67
3.3.3.1 Gewebeantwort Implantat 67
3.3.3.2 Gewebeantwort Leerlochkontrolle 68
4\. Diskussion 69
4.1 Licht- und elektronenmikroskopische Ergebnisse 69
4.1.1 Gewebeantwort 69
4.1.2 Materialantwort 81
4.1.3 Generelle Feststellungen 86
4.1.4 Modell und Aufarbeitung 87
4.2 Ergebnisse der In-Situ-Hybridisierung (ISH) 88
4.3 Schlussfolgerungen 95
5\. Anhang 96
5.1 Abbildungen 96
5.1.1 Abbildungen Kapitel 3.1 96
5.1.2 Abbildungen Kapitel 3.2 113
5.1.3 Abbildungen Kapitel 3.3 121
5.2 Graphiken Kapitel 3 126
5.3 Tabellen 148
5.3.1 Tabellen Kapitel 2 148
5.3.2 Tabellen Kapitel 3 166
5.4 Literaturverzeichnis 177
dc.description.abstract
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.
de
dc.description.abstract
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.
en
dc.rights.uri
http://www.fu-berlin.de/sites/refubium/rechtliches/Nutzungsbedingungen
dc.subject.ddc
600 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften::610 Medizin und Gesundheit::610 Medizin und Gesundheit
dc.title
Reaktion auf Nanoapatit-haltige Implantate mit pharmakologisch aktivem Polymer
dc.contributor.firstReferee
Prof. Dr. Ulrich Gross
dc.contributor.furtherReferee
Prof. Dr. Hans- Georg Breyer
dc.date.accepted
2003-12-12
dc.date.embargoEnd
2003-12-11
dc.identifier.urn
urn:nbn:de:kobv:188-2003003216
dc.title.translated
Reaction to nanoapatite-containing implants with pharmacological active
polymer
en
refubium.affiliation
Charité - Universitätsmedizin Berlin
de
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FUDISS_thesis_000000001139
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http://www.diss.fu-berlin.de/2003/321/
refubium.mycore.derivateId
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