@phdthesis{Renner2023,
  author    = {Renner, Tobias},
  title     = {Neue adh{\"a}sive mineral-organische Knochenzemente auf Basis von Phosphoserin und Magnesiumphosphaten bzw. -oxiden},
  doi       = {10.25972/OPUS-32321},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-323210},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2023},
  abstract  = {Heutige chirurgische Situationen k{\"o}nnen zeitweise den Einsatz eines Knochenkleber erfordern, welcher sich jedoch noch nicht in der klinischen Praxis etablieren konnte. In j{\"u}ngster Vergangenheit haben mit Phosphoserin modifizierte Zemente (PMC) auf der Grundlage von Verbindungen zwischen o-Phosphoserin (OPLS) und Calciumphosphaten wie Tetracalciumphosphat (TTCP) oder α-Tricalciumphosphat (α-TCP) an Popularit{\"a}t gewonnen. Ebenso bekommen chelatbildende Magnesiumphosphatzemente als mineralische Knochenadh{\"a}sive mehr Zuspruch. In dieser Arbeit wurden neue mineralorganische Knochenzemente auf der Basis von Phosphoserin und Magnesiumphosphaten oder -oxiden untersucht, die hervorragende Hafteigenschaften besitzen. Diese wurden mittels R{\"o}ntgenbeugung, Fourier-Infrarot-Spektroskopie und Elektronenmikroskopie analysiert und mechanischen Tests unterzogen, um die Haftfestigkeit am Knochen nach Alterung unter physiologischen Bedingungen zu bestimmen. Die neuartigen biomineralischen Klebstoffe zeigen eine ausgezeichnete Haftfestigkeit an Knochen mit etwa 6,6-7,3 MPa unter Scherbelastung. Die Adh{\"a}sive sind auch aufgrund ihres koh{\"a}siven Versagensmusters und ihres duktilen Charakters vielversprechend. In diesem Zusammenhang sind die neuen adh{\"a}siven Zemente den derzeit vorherrschenden Knochenadh{\"a}siven {\"u}berlegen. Erg{\"a}nzend wurde versucht, dieses neue System mit unterschiedlichen Additiven zu modifizieren. Dabei wurde Mannit erfolgreich als Porogen verwendet. Dreiarmiges sternf{\"o}rmiges NCO-sP(EO-stat-PO) sollte die adh{\"a}siven Eigenschaften und das Leistungspotenzial unter Wasser verbessern. Zuletzt wurden mit Glycerol pr{\"a}fabrizierte Pasten hergestellt, welche gelagert werden k{\"o}nnen und bei Kontakt mit Wasser aush{\"a}rten. Generell ist zu betonen, dass k{\"u}nftige Bem{\"u}hungen um Knochenklebstoffe aus Phosphoserin und Mg2+ sehr lohnenswert erscheinen.},
  subject      = {Phosphoserin},
  language  = {de}
}
@phdthesis{BruecknergebChristel2019,
  author    = {Br{\"u}ckner [geb. Christel], Theresa},
  title     = {Novel application forms and setting mechanisms of mineral bone cements},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-157045},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2019},
  abstract  = {Calcium phosphate cements (CPC) represent valuable synthetic bone grafts, as they are self-setting, biocompatible, osteoconductive and in their composition similar to the inorganic phase of human bone. Due to their long shelf-life, neutral setting and since water is sufficient for setting, hydroxyapatite (HA) forming cements are processed in different paste formulations. Those comprise dual setting, Ca2+ binding and premixed cement systems. With dual setting formulations, both dissolution and precipitation of the cement raw powder occur simultaneously to the polymerization of water-soluble monomers to form a hydrogel. Chelating agents are able to form complexes with Ca2+ released from the raw powder. Premixed systems mostly contain the raw powder of the cement and a non-aqueous binder liquid which delays the setting reaction until application in the moist physiological environment. In the present work, two of those reaction mechanisms allowed the development of HA based cement applications. Drillable cements are of high clinical interest, as the quality of screw and plate osteosynthesis techniques can be improved by cement augmentation. A drillable, dual setting composite from HA and a poly(2-hydroxyethyl methacrylate) hydrogel was analyzed with respect to the influence of monomer content and powder-to-liquid ratio on setting kinetics and mechanical outcome. While the conversion to HA and crystal growth were constantly confined with increased monomer amount, a minimum concentration of 50 \% was required to see impressive ameliorations including a low bending modulus and high fracture energy at improved bending strength. Increasing the liquid amount enabled injection of the paste as well as drilling after 10 min of pre-setting. While classic bone wax formulations have drawbacks such as infection, inflammation, hindered osteogenesis and a lack of biodegradability, the as-presented premixed formulation is believed to exhibit outmatching properties. It consisted of HA raw powders and a non-aqueous, but water-miscible carrier liquid from poly(ethylene glycol) (PEG). The bone wax was proved to be cohesive and malleable, it withstood blood pressure conditions and among deposition in an aqueous environment, PEG was exchanged such that porous, nanocrystalline HA was formed. Incorporation of a model antibiotic proved the suitability of the novel bone wax formulation for drug release purposes. Prefabricated laminates from premixed carbonated apatite forming cement and poly(ε-caprolactone) fiber mats with defined pore architecture were presented as a potential approach for the treatment of 2-dimensional, curved cranial defects. They are flexible until application and were produced in a layer-by-layer approach from both components such that the polymer scaffold prevents the cement from flowing. It was demonstrated that solution electrospinning with a patterned collector for the fabrication of perforated fiber mats was suitable, as high fiber volume contents in combination with an appropriate interface enabled the successful fabrication of mechanically reinforced laminates. Mild immersion of the scaffolds under alkaline conditions additionally improved the interphase followed by an increase in bending-strength. Since few years, magnesium phosphate cements (MPC) have attracted increasing attention for bone replacement. Compared to CPC, MPC exhibit a higher degradation potential and high early strength and they release biologically valuable Mg2+. However, common systems offer some challenges while using them in non-classic cement formulations such as the need for foreign ion supply, the potential acidity of the reaction or the fast setting kinetics. Here, it was possible to develop a chelate-setting MPC paste with a broad spectrum of potential applications. The general mechanism of the novel setting principle was tested in a proof-of-principle manner. The cement paste consisted of farringtonite with differently concentrated phytic acid solution for chelate formation with Mg2+ from the raw powder. Adjusting the phytic acid content and adding a magnesium oxide as setting regulator to compensate its retarding effect resulted in drillable formulations. Additionally, there is a strong clinical demand for well working bone adhesives especially in a moist environment. Mostly the existing formulations are non-biodegradable. Ex vivo adhesion of the above presented MPC under wet conditions on bone demonstrated over a course of 7 d shear strengths of 0.8 MPa. Further, the hardened cement specimens showed a mass loss of 2 wt.\% within 24 d in an aqueous environment and released about 0.17 mg/g of osteogenic Mg2+ per day. Together with the demonstrated cytocompatibility towards human fetal osteoblasts, this cement system showed promising characteristics in terms of degradable biocements with special application purposes.},
  subject      = {Knochenzement},
  language  = {en}
}
@phdthesis{Renner2018,
  author    = {Renner, Tobias},
  title     = {In vitro Testverfahren zur Qualifizierung von Knochenklebstoffen},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-161546},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2018},
  abstract  = {Knochenklebstoffe, welche eine unkonventionelle M{\"o}glichkeit im Bereich der chirurgischen Frakturversorgung darstellen, m{\"u}ssen bereits in vitro eine Reihe an klinischen Anforderungen erf{\"u}llen. Hinsichtlich entsprechender Pr{\"u}fverfahren wurde noch keine Normierungsarbeit geleistet, weswegen Ergebnisse verschiedener Arbeiten schwierig vergleichbar sind. Ziel der Arbeit war es daher Pr{\"u}fverfahren vorzustellen, welche die Besonderheiten des „Werkstoffes Knochen" ber{\"u}cksichtigen. In diesem Rahmen werden zwei neuartigen Klebstoffsysteme, ein in situ h{\"a}rtender Knochenzement aus Trimagnesiumphosphat, Magnesiumoxid und organischer Phytins{\"a}ure und ein lichth{\"a}rtender Knochenklebstoff aus Polyethylenglycoldimethacrylat, NCO-sP(EO-stat-PO), Campherchinon und anorganischen Newberyit-F{\"u}llern, vorgestellt. Neben diesen sind drei kommerziell erh{\"a}ltliche Klebstoffe Gegenstand der Untersuchung. Dies sind zum einen Histoacryl® und TruGlue® Gewebekleber, zwei Klebstoffe auf Cyanoacrylat-Basis mit unterschiedlich langer Alkyl-Seitenkette, zum anderen Bioglue®, ein Gewebekleber aus Albumin und Glutaraldehyd. Bei den Klebstoffen wurde die Zug- und Scherfestigkeit unter Einfluss der physiologischen Klebstoffalterung, der Variation der Klebefugenbreite, der Variation von komplement{\"a}ren F{\"u}geteilen, sowie F{\"u}geteiloberfl{\"a}chen inspiziert. Makro- und mikroskopische, sowie elektronenmikroskopischen Untersuchung der Bruchfl{\"a}chen auf mikrostrukturelle Besonderheiten und Versagemechanismus wurden angestellt. Die neuartigen Klebstoffsysteme unterliegen zwar den konventionellen Cyanoacrylaten hinsichtlich mechanischer Parameter, weisen aber dennoch ad{\"a}quate Klebefestigkeiten auf bei zugleich zahlreichen Vorteilen gegen{\"u}ber konventionellen Systemen im Umgang mit Knochen. Gerade der Magnesiumphosphatzement scheint auf Grund mechanischer Parameter und Vorz{\"u}gen wie der guten Biokompatibilit{\"a}t und biologischen Abbaubarkeit, Osteoinduktivit{\"a}t, Osteokonduktivit{\"a}t, der einfachen Applizierbarkeit, einem hohen Kosten-Nutzen-Faktor oder dem g{\"u}nstigen Verhalten in w{\"a}ssrigen Milieu vielversprechend.},
  subject      = {bone},
  language  = {de}
}