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In vitro Untersuchungen zur Biokompatibilität von Magnesiumammoniumphosphat-Zementen

in vitro studies on the biocompatibility of magnesiumammoniumphosphate-cements

Please always quote using this URN: urn:nbn:de:bvb:20-opus-48985
  • Das Ziel dieser Arbeit war es, die grundsätzliche Eignung von verschiedenen Magne-siumammoniumphosphat-Zementen für den eventuellen späteren Einsatz beim Men-schen zu bewerten; dafür wurden diverse in vitro Versuchsreihen zur Prüfung der Biokompatibilität dieser Verbindungen durchgeführt. Als Referenz diente bei diesen Versuchsreihen ein beim Menschen bereits erfolgreich eingesetzter nanokristalliner, kalziumarmer Hydroxylapatit-Zement. Für diese Biokompatibilitätsprüfungen wurde auf den verschiedenen Testoberflä-chen (Mg0,75Ca2,25(PO4)2 –,Das Ziel dieser Arbeit war es, die grundsätzliche Eignung von verschiedenen Magne-siumammoniumphosphat-Zementen für den eventuellen späteren Einsatz beim Men-schen zu bewerten; dafür wurden diverse in vitro Versuchsreihen zur Prüfung der Biokompatibilität dieser Verbindungen durchgeführt. Als Referenz diente bei diesen Versuchsreihen ein beim Menschen bereits erfolgreich eingesetzter nanokristalliner, kalziumarmer Hydroxylapatit-Zement. Für diese Biokompatibilitätsprüfungen wurde auf den verschiedenen Testoberflä-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 über einen 14-tägigen Zeitraum kultiviert. Die Biokompatibilitätsüberprüfungen erfolgten mittels bestimmten Zellproliferations- und Zellaktivitätsmessungen; anhand der ermittelten Ergebnisse hinsichtlich Zellzahl und Zellaktivität sollte danach die Eignung dieser neuartigen Magnesiumammoniumphosphat-Zemente zur Verwendung im menschlichen Körper beurteilt werden. Mit Hilfe von elektronenmikroskopischen Aufnahmen wurden die jeweiligen Oberflächenstrukturen der einzelnen Zemente genauer untersucht; außer-dem konnte mit diesen Fotografien das Wachstum und die zelluläre Morphologie von humanen Osteoblasten auf den unterschiedlichen Oberflächen analysiert werden. Bei der Auswertung des Zellwachstums wurden die jeweils höchsten Werte in beiden Versuchsreihen auf dem Hydroxylapatit-Zement gemessen; bei den vier Magnesi-umammoniumphosphat-Zementen waren dagegen weitaus geringere Zellprolifera-tionsvorgänge innerhalb der Versuchsreihen zu beobachten. Auch bei der gesamten mitochondrialen Zellaktivität 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 ähnlich hohe Werte beobachtet werden wie beim Hydroxylapatit-Zement. Untersuchte man dagegen die mitochondriale Aktivität der jeweiligen Einzelzelle auf den Oberflächen, unabhängig vom Gesamtwachstum, so konnte für den Hydroxyl-apatit-Zement die niedrigste Aktivität nachgewiesen werden. Die höchste mitochon-driale Einzelzellaktivität 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 Oberflächen re-lativ hohe Werte bei der Einzelzellaktivität erreichen. Insgesamt betrachtet war somit das Zellwachstum auf dem Hydroxylapatit-Zement signifikant stärker 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 Zellaktivität festgestellt werden. Die Auswertung der Oberflächenstruktur der verschiedenen Zemente mittels raster-elektronenmikroskopischer Bilder ergab für den Hydroxylapatit-Zement eine sehr ho-mogene und wenig poröse Oberfläche. Im Gegensatz dazu konnte bei den Magne-siumammoniumphosphat-Zementen (mit Ausnahme des Mg0,75Ca2,25(PO4)2 –Ze-ments) eine sehr raue Oberfläche mit einer starken Porosität nachgewiesen werden. Bei der Analyse der Zellmorphologie der Osteoblasten konnten keine deutlichen Unterschiede auf den verschiedenen Oberflächen beobachtet werden. Es zeigten sich vor allem ähnliche Formen der Zellkörper und auch die Anzahl der Zellen war re-lativ einheitlich; bei den zytoplasmatischen Zellfortsätzen konnten Unterschiede be-züglich ihrer Länge dargestellt werden. Auch die Auswertung der massenspektrometrischen Versuchsreihe ergab für die ver-schiedenen Magnesiumammoniumphosphat-Verbindungen ein sehr einheitliches Bild; beim Vergleich mit der Referenzoberfläche des Hydroxylapatit–Zements zeigte sich jedoch eine deutliche Diskrepanz bezüglich der Freisetzung von den verschie-denen Substanzen. Für die letztendliche Bewertung der Biokompatibilität von Magnesiumammonium-phosphat-Zementen und den eventuellen Einsatz als Knochenersatzmaterial bedarf es allerdings nicht nur zusätzlicher in vitro Versuchsreihen wie in der vorliegender Ar-beit, sondern auch vieler weiterführender Forschungsarbeiten, um die hier erzielten Ergebnisse zu verifizieren.show moreshow less
  • The aim of this study was to assess the suitability of different magnesiumammoniumphosphate-cements for future use in human body as a bone substitution material.

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Metadaten
Author: Andreas Kufner
URN:urn:nbn:de:bvb:20-opus-48985
Document Type:Doctoral Thesis
Granting Institution:Universität Würzburg, Medizinische Fakultät
Faculties:Medizinische Fakultät / Klinik und Polikliniken für Zahn-, Mund- und Kieferkrankheiten
Date of final exam:2010/06/14
Language:German
Year of Completion:2010
Dewey Decimal Classification:6 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften / 61 Medizin und Gesundheit / 610 Medizin und Gesundheit
GND Keyword:Magnesiumammoniumphosphat-Zement; Struvit; Knochenersatzmaterial
Tag:bone substitution material; magnesiumammoniumphosphate; struvite
Release Date:2010/07/05
Advisor:Priv-Doz. Dr. rer. nat. Uwe Gbureck
Licence (German):License LogoDeutsches Urheberrecht