@phdthesis{Heilig2018,
  author    = {Heilig, Philipp},
  title     = {Biomechanische Evaluation neuartiger Knochenersatzmaterialien zur Therapie der Tibiakopfimpressionsfraktur},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-171037},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2018},
  abstract  = {Tibiakopfimpressionsfrakturen (AO 41-B2.2 - Schatzker III), welche aufgrund der demographischen Entwicklung in ihrer klinischen Relevanz zunehmen, erfordern zur bestm{\"o}glichen Frakturstabilisierung eine Schraubenosteosynthese sowie eine stabile metaphys{\"a}re Defektauff{\"u}llung mittels Knochenersatzmaterial, da anderenfalls ein sekund{\"a}rer Repositionsverlust mit konsekutiver Gonarthrose droht. Die hierbei eingesetzten Kalziumphosphatzemente bringen klinische Probleme wie geringe mechanische Stabilit{\"a}t, fehlende Bohrbarkeit, welche eine unvollst{\"a}ndige Defektauff{\"u}llung bedingt, ungewisse Resorption und un{\"u}berpr{\"u}fte Herstellerangaben mit sich. Diese Studie hatte daher zum Ziel, einen bohrbaren Kalziumphosphatzement und einen Magnesiumphosphatzement, welche als vielversprechende Alternativen aufgrund der klinischen Schwierigkeiten erscheinen, gegen Graftys® Quickset und ChronOS™ Inject biomechanisch einzuordnen und somit langfristig zu einer verbesserten Frakturversorgung beizutragen. Der erste Teil der Studie bestand aus einer reinen Materialpr{\"u}fung, in der mittels Zementquader Druckversuche und mittels Ausrissk{\"o}rper Zugversuche durchgef{\"u}hrt wurden. Im zweiten Teil wurde ein Frakturmodell f{\"u}r Impressionsfrakturen an Kunstknochen benutzt, um die Zemente hierbei zur Defektauff{\"u}llung zu verwenden und alleine sowie in Kombination mit einer Osteosynthese in der Jail-Technik zu testen. Es erfolgte eine zyklische Belastung mit 3000 Zyklen zu je 250 N sowie anschließend eine Maximalkrafttestung (Load-To-Failure) mit Hilfe einer Materialpr{\"u}fmaschine. Der Magnesiumphosphatzement zeigte die signifikant h{\"o}chste Kompressionsfestigkeit von 100,50 MPa ± 15,97 MPa und Ausrisskraft sowie im Verbund mit Knochen das geringste Displacement, h{\"o}chste Maximalkraft und Steifigkeit. Kalziumphosphat bohrbar wies aufgrund seines pseudoplastischen Verhaltens eine geringe biomechanische Stabilit{\"a}t und ein hohes Displacement auf, konnte aber durch seine Bohrbarkeit gegen{\"u}ber Graftys® Quickset bei Einsatz mit Schrauben einen Vorteil im Displacement erreichen und somit die Vorz{\"u}ge eines bohrbaren Knochenzements aufzeigen. ChronOS™ zeigte nach Aush{\"a}rtung im Wasserbad mit einer Kompressionsfestigkeit von 0,58 MPa ± 0,14 MPa eine niedrige biomechanische Stabilit{\"a}t und wurde daher nicht weiter untersucht. Da die Viskosit{\"a}t eines Zements neben anderen Faktoren f{\"u}r die Interdigitation mit den Spongiosahohlr{\"a}umen im Knochen verantwortlich ist, l{\"a}sst sich, sofern diese angemessen ist, R{\"u}ckschl{\"u}sse von der Materialpr{\"u}fung auf das Verhalten im Knochen ziehen. Magnesiumphosphatzemente erscheinen aufgrund ihrer hohen biomechanischen Stabilit{\"a}t und vermutlich guten Resorptionsrate als vielversprechende Alternative zu herk{\"o}mmlichen Kalziumphosphatzementen und bed{\"u}rfen daher einer weiteren {\"U}berpr{\"u}fung im Tierversuch.},
  subject      = {Knochenzement},
  language  = {de}
}
@phdthesis{Fuchs2012,
  author    = {Fuchs, Andreas Rudolf},
  title     = {3D-Pulverdruck von Zellkulturtr{\"a}gern mit Magnesium-Phosphat-Chemie},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-77415},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2012},
  abstract  = {In der vorliegenden Arbeit wurden erstmals im 3D-Pulerdruckverfahren hergestellte Struvit-Matrizes auf ihre Eignung als Tr{\"a}germaterial f{\"u}r Knochenzellen in vitro untersucht. Hierzu wurde die Zytokompatibilit{\"a}t sowie die chemische L{\"o}slichkeit von gedruckten Struvit-Strukturen betrachtet. In einem zweiten Schritt wurde untersucht, ob die biologische Funktion von BMP-2-L{\"o}sungen nach Durchlaufen des Druckprozesses erhalten bleibt und ob es m{\"o}glich ist, BMP-2 unter Beibehaltung seiner biologischen Wirksamkeit direkt in Struvit-Matrizes zu drucken. Als Reaktanten zur Herstellung der Struvit-Matrizes wurde modifiziertes Farringtonit-Pulver mit definierter K{\"o}rnung und eine {\"a}quimolare Binder-L{\"o}sung aus DAHP und ADHP verwendet. Die untersuchten Zellkulturtr{\"a}ger mit Magnesiumammoniumphosphatchemie zeigten eine ausreichende Zytokompatibilit{\"a}t in vitro. Außerdem wurde gezeigt, dass thermolabile Proteine wie BMP-2 im 3D-Pulverdruckverfahren unter weitgehender Beibehaltung ihrer biologischen Wirksamkeit in vitro grunds{\"a}tzlich prozessierbar sind. Die Freisetzung direkt eingedruckter Proteine aus den Struvit-Matrizes blieb jedoch hinter den Erwartungen zur{\"u}ck. Mit Struvit steht ein alternatives Zementsystem f{\"u}r den 3D-Pulverdruck zur Verf{\"u}gung, welches spezifische Vorteile gegen{\"u}ber den etablierten Calciumphosphaten bietet. Weitere Untersuchungen sind erforderlich, um die Ursache f{\"u}r die geringe BMP-Freisetzung aus den Struvit-Matrizes zu ermitteln und die Vorteile der neutralen Abbindereaktion voll nutzen zu k{\"o}nnen.},
  subject      = {Struvit},
  language  = {de}
}
@phdthesis{Kufner2010,
  author    = {Kufner, Andreas},
  title     = {In vitro Untersuchungen zur Biokompatibilit{\"a}t von Magnesiumammoniumphosphat-Zementen},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-48985},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2010},
  abstract  = {Das Ziel dieser Arbeit war es, die grunds{\"a}tzliche Eignung von verschiedenen Magne-siumammoniumphosphat-Zementen f{\"u}r den eventuellen sp{\"a}teren Einsatz beim Men-schen zu bewerten; daf{\"u}r wurden diverse in vitro Versuchsreihen zur Pr{\"u}fung der Biokompatibilit{\"a}t dieser Verbindungen durchgef{\"u}hrt. Als Referenz diente bei diesen Versuchsreihen ein beim Menschen bereits erfolgreich eingesetzter nanokristalliner, kalziumarmer Hydroxylapatit-Zement. F{\"u}r diese Biokompatibilit{\"a}tspr{\"u}fungen wurde auf den verschiedenen Testoberfl{\"a}-chen (Mg0,75Ca2,25(PO4)2 -, Mg1,5Ca1,5(PO4)2 -, Mg2,25Ca0,75(PO4)2 -, Mg3(PO4)2 -, Ca3(PO4)2-Zement) eine jeweils definierte Menge an humanen Osteoblasten der Zelllinie MG-63 aufgebracht und diese Zellen wurden danach {\"u}ber einen 14-t{\"a}gigen Zeitraum kultiviert. Die Biokompatibilit{\"a}ts{\"u}berpr{\"u}fungen erfolgten mittels bestimmten Zellproliferations- und Zellaktivit{\"a}tsmessungen; anhand der ermittelten Ergebnisse hinsichtlich Zellzahl und Zellaktivit{\"a}t sollte danach die Eignung dieser neuartigen Magnesiumammoniumphosphat-Zemente zur Verwendung im menschlichen K{\"o}rper beurteilt werden. Mit Hilfe von elektronenmikroskopischen Aufnahmen wurden die jeweiligen Oberfl{\"a}chenstrukturen der einzelnen Zemente genauer untersucht; außer-dem konnte mit diesen Fotografien das Wachstum und die zellul{\"a}re Morphologie von humanen Osteoblasten auf den unterschiedlichen Oberfl{\"a}chen analysiert werden. Bei der Auswertung des Zellwachstums wurden die jeweils h{\"o}chsten Werte in beiden Versuchsreihen auf dem Hydroxylapatit-Zement gemessen; bei den vier Magnesi-umammoniumphosphat-Zementen waren dagegen weitaus geringere Zellprolifera-tionsvorg{\"a}nge innerhalb der Versuchsreihen zu beobachten. Auch bei der gesamten mitochondrialen Zellaktivit{\"a}t aller Osteoblasten erreichte der Hydroxylapatit-Zement in beiden Versuchen den maximalen Wert; der Unterschied zu den Werten bei den Magnesiumammoniumphosphat-Zementen war hier allerdings deutlich geringer als bei der Gesamtzellzahl. Vor allem beim Mg3(PO4)2 -Zement konnten in beiden Ver-suchen fast {\"a}hnlich hohe Werte beobachtet werden wie beim Hydroxylapatit-Zement. Untersuchte man dagegen die mitochondriale Aktivit{\"a}t der jeweiligen Einzelzelle auf den Oberfl{\"a}chen, unabh{\"a}ngig vom Gesamtwachstum, so konnte f{\"u}r den Hydroxyl-apatit-Zement die niedrigste Aktivit{\"a}t nachgewiesen werden. Die h{\"o}chste mitochon-driale Einzelzellaktivit{\"a}t hatten in beiden Versuchsreihen die Osteoblasten auf dem Mg3(PO4)2 -Zement; auch die anderen Magnesiumammoniumphosphat-Verbindun-gen konnten trotz des insgesamt geringen Zellwachstums auf diesen Oberfl{\"a}chen re-lativ hohe Werte bei der Einzelzellaktivit{\"a}t erreichen. Insgesamt betrachtet war somit das Zellwachstum auf dem Hydroxylapatit-Zement signifikant st{\"a}rker ausgebildet als auf allen Magnesiumammoniumphosphat-Verbin-dungen; trotz des im Vergleich geringen Zellwachstums konnte auf den Magnesium-ammoniumphosphat-Zementen aber ein hohes Maß an mitochondrialer Zellaktivit{\"a}t festgestellt werden. Die Auswertung der Oberfl{\"a}chenstruktur der verschiedenen Zemente mittels raster-elektronenmikroskopischer Bilder ergab f{\"u}r den Hydroxylapatit-Zement eine sehr ho-mogene und wenig por{\"o}se Oberfl{\"a}che. Im Gegensatz dazu konnte bei den Magne-siumammoniumphosphat-Zementen (mit Ausnahme des Mg0,75Ca2,25(PO4)2 -Ze-ments) eine sehr raue Oberfl{\"a}che mit einer starken Porosit{\"a}t nachgewiesen werden. Bei der Analyse der Zellmorphologie der Osteoblasten konnten keine deutlichen Unterschiede auf den verschiedenen Oberfl{\"a}chen beobachtet werden. Es zeigten sich vor allem {\"a}hnliche Formen der Zellk{\"o}rper und auch die Anzahl der Zellen war re-lativ einheitlich; bei den zytoplasmatischen Zellforts{\"a}tzen konnten Unterschiede be-z{\"u}glich ihrer L{\"a}nge dargestellt werden. Auch die Auswertung der massenspektrometrischen Versuchsreihe ergab f{\"u}r die ver-schiedenen Magnesiumammoniumphosphat-Verbindungen ein sehr einheitliches Bild; beim Vergleich mit der Referenzoberfl{\"a}che des Hydroxylapatit-Zements zeigte sich jedoch eine deutliche Diskrepanz bez{\"u}glich der Freisetzung von den verschie-denen Substanzen. F{\"u}r die letztendliche Bewertung der Biokompatibilit{\"a}t von Magnesiumammonium-phosphat-Zementen und den eventuellen Einsatz als Knochenersatzmaterial bedarf es allerdings nicht nur zus{\"a}tzlicher in vitro Versuchsreihen wie in der vorliegender Ar-beit, sondern auch vieler weiterf{\"u}hrender Forschungsarbeiten, um die hier erzielten Ergebnisse zu verifizieren.},
  subject      = {Magnesiumammoniumphosphat-Zement},
  language  = {de}
}
@phdthesis{Wenninger2013,
  author    = {Wenninger, Florian},
  title     = {Modifikation von Titanoberfl{\"a}chen mittels elektrochemischer Abscheidung von Magnesiumphosphaten},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-85557},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2013},
  abstract  = {In der vorliegenden Arbeit ist es gelungen, die experimentellen Parameter f{\"u}r eine erfolgreiche elektrochemische Abscheidung sowohl von Struvit (MgNH4PO4 • 6H2O) als auch Newberyit (MgHPO4 • 3H2O) auf durch Sandstrahlen aufgeraute Titanproben zu ermitteln. Welche der beiden Phasen auf den Titanoberfl{\"a}chen abgeschieden wurde, hing dabei haupts{\"a}chlich von der jeweiligen Elektrolytzusammensetzung ab. Bei der Elektrodeposition selbst erwiesen sich eine Elektrolyttemperatur von 50 °C und Stromdichten von etwa 79 - 105 mA/cm2 als optimal, um geschlossene Schichten von hinreichender Dicke reproduzierbar herzustellen. Es zeigte sich, dass die f{\"u}r die jeweiligen Abscheidungsprodukte optimierten Parameter (79 mA/cm2 f{\"u}r Struvit und 105,3 mA/cm2 f{\"u}r Newberyit) zu deutlich unterschiedlichen Massenabscheidungen (4,4 mg/cm2 f{\"u}r Struvit und 0,6 mg/cm2 f{\"u}r Newberyit bei einer Beschichtungsdauer von 15 min) f{\"u}hrten. Das Monohydrat Dittmarit (MgNH4PO4 • H2O) ließ sich nicht direkt abscheiden, konnte aber durch Dampfsterilisation von zuvor erzeugten Struvitschichten in einem Autoklaven erzeugt werden. Um das Verhalten der Oberfl{\"a}chenmodifikationen in einer in-vivo-Umgebung zu simulieren, wurden die Beschichtungen f{\"u}r eine maximale Dauer von 14 Tagen in Simulated Body Fluid (SBF), Dulbecco's Modified Eagle Medium (DMEM) und in f{\"o}talem K{\"a}lberserum (FCS) eingelagert. In bestimmten Zeitabst{\"a}nden wurden eingelagerte Proben ihrem Medium entnommen, getrocknet und die Schichten mit Hilfe der R{\"o}ntgendiffraktometrie und der Rasterelektronen-mikroskopie hinsichtlich ihrer kristallographischen und morphologischen Eigenschaften charakterisiert. Dabei zeigten die drei Magnesiumphosphate jeweils unterschiedliches Degradationsverhalten in den verschiedenen Einlagerungsmedien. Struvit wandelte sich nach 14 Tagen in DMEM teilweise, in FCS gr{\"o}ßtenteils und in SBF vollst{\"a}ndig zu Bobierrit (Mg3(PO4)2 • 8H2O) um. Ein {\"a}hnliches Verhalten zeigte sich bei Dittmarit, allerdings kam es hier in allen Medien zur Bildung einer weiteren Phase (Tri-Magnesium-Di-Phosphat-5-Hydrat, Mg3(PO4)2 • 5H2O), in FCS bildete sich zus{\"a}tzlich noch Di-Magnesiumphosphathydroxid-4-Hydrat (Mg2PO4OH • 4H2O). Die Newberyit-Schichten hingegen zeigten keinerlei Phasenumwandlungen, l{\"o}sten sich aber in den Einlagerungsversuchen teilweise auf. Diese Ergebnisse zeigen, dass elektrochemisch erzeugte Beschichtungen auf Magnesiumphosphatbasis durchaus vielversprechend im Hinblick auf die funktionelle Modifikation metallischer Implantatoberfl{\"a}chen sind. Neben den literaturbekannten positiven Eigenschaften der Magnesiumphosphate (gute Zytokompatibilit{\"a}t, hohe L{\"o}slichkeit und mechanische Festigkeit) ist f{\"u}r zuk{\"u}nftige Forschungen vor allem das in dieser Arbeit untersuchte Degradationsverhalten von Interesse. Die in fast allen untersuchten Kombinationen aus Schichtmodifikation und Einlagerungsmedium auftretenden Phasenumwandlungen weisen auf durch die physiologische Umgebung hervorgerufene Resorptionsprozesse hin, die wiederum in vivo die Osteointegration des Implantats unterst{\"u}tzen k{\"o}nnten. Ein weiterer Aspekt zuk{\"u}nftiger Untersuchungen ist die m{\"o}gliche Beladung der biokompatiblen Schichten mit bioaktiven Substanzen (antibakterielle oder osteointegrative Wirkstoffe sowie Metallionen zur Unterst{\"u}tzung bzw. Steuerung biologischer Prozesse im implantatnahen Bereich). Hier k{\"o}nnten die unterschiedlichen Degradationsmechanismen der verschiedenen untersuchten Magnesiumphosphat-Modifikationen die Grundlage f{\"u}r kontrollierte und maßgeschneiderte Freisetzungskinetiken liefern.},
  subject      = {Magnesiumphosphate},
  language  = {de}
}