Eva-Maria Carrera

• Das Ziel dieser Arbeit war es, die Modifizierung von porösem, calciumdefizitärem, nanokristallinem Hydroxylapatit mit verschiedenen Metallionen zu testen. Es wurden α‑TCP‑basierende Zementproben hergestellt, die durch zwei verschiedene Dotierungsmethoden mit bestimmten Metallionen (Cu2+, Co2+, Mn2+, Ni2+, V3+, Zn2+) modifiziert wurden. Die eine Methode bestand in der Zusinterung der entsprechenden Metallionen zum α‑TCP‑Pulver. Bei der anderen Methode waren die Ionen in unterschiedlicher Konzentration (1 mmolar, 100 μmolar, 10 μmolar) in derDas Ziel dieser Arbeit war es, die Modifizierung von porösem, calciumdefizitärem, nanokristallinem Hydroxylapatit mit verschiedenen Metallionen zu testen. Es wurden α‑TCP‑basierende Zementproben hergestellt, die durch zwei verschiedene Dotierungsmethoden mit bestimmten Metallionen (Cu2+, Co2+, Mn2+, Ni2+, V3+, Zn2+) modifiziert wurden. Die eine Methode bestand in der Zusinterung der entsprechenden Metallionen zum α‑TCP‑Pulver. Bei der anderen Methode waren die Ionen in unterschiedlicher Konzentration (1 mmolar, 100 μmolar, 10 μmolar) in der Binderlösung enthalten. Die hergestellten Zementproben wurden hinsichtlich bestimmter Eigenschaften wie der initialen Abbindezeit und Druckfestigkeit untersucht und zusätzlich rasterelektronenmikroskopischen, röntgen-diffraktometrischen und massenspektrometrischen Analysen unterzogen. Als Referenz diente ein bereits am Menschen erfolgreich als Knochenersatzmaterial eingesetzter nanokristalliner, calciumarmer Hydroxylapatit-Zement. Da Hydroxylapatit nahezu nur durch Osteoklasten mittels einer lokalen pH‑Wert-Absenkung resorbiert werden kann, wurden in‑vitro‑Versuche mit einer immortalisierten Makrophagen-Zelllinie durchgeführt. Über einen 15‑tägigen Versuchszeitraum wurde die Zytokompatibilität mittels bestimmter Zellproliferations- und Zellaktivitätsmessungen überprüft. Zusätzlich wurden die mit Zellen besiedelten Proben unter dem Rasterelektronenmikroskop betrachtet und eine TRAP‑Färbung durchgeführt, um die Differenzierung zu osteoklastenähnlichen Zellen beurteilen zu können. Bei der Auswertung der Versuche wurde deutlich, dass nicht das Metall alleine maßgeblich für Veränderungen der physikalischen Eigenschaften im Vergleich zum metallfreien Referenzzement war. Auch die Art der Metallionendotierung, ob durch Zugabe mit der Binderlösung oder durch Zusinterung, hatte bei den Metallen unterschiedliche Auswirkungen auf die Zementeigenschaften. Während der Versuche wurden Abbindezeiten von 18 Minuten bis über 60 Minuten gemessen und Druckfestigkeiten zwischen 9,3 MPa und 30,5 MPa festgestellt. Bei der Auswertung der Zellversuchsreihe wurde festgestellt, dass die Zellen auf den mit Metallionen modifizierten Zementplättchen tendenziell eine niedrigere Aktivität bei gleich bleibender Proliferation aufwiesen als auf den metallfreien Referenzproben. Dieses Ergebnis konnte mikroskopisch bestätigt werden.…
• The aim of this work was to test the modification of porous, calcium deficient, nanocrystalline hydroxyapatite with various metal ions. α‑TCP‑based cement samples were prepared which were modified by two different doping methods with specific metal ions (Cu2+, Co2+, Mn2+, Ni2+, V3+, Zn2+). One method consisted in the sintering of the corresponding metal ions to the α‑TCP powder. In the other method the ions were contained in the binder solution in varying concentrations (1 mmolar, 100 μmolar, 10 μmolar). The cement samples produced wereThe aim of this work was to test the modification of porous, calcium deficient, nanocrystalline hydroxyapatite with various metal ions. α‑TCP‑based cement samples were prepared which were modified by two different doping methods with specific metal ions (Cu2+, Co2+, Mn2+, Ni2+, V3+, Zn2+). One method consisted in the sintering of the corresponding metal ions to the α‑TCP powder. In the other method the ions were contained in the binder solution in varying concentrations (1 mmolar, 100 μmolar, 10 μmolar). The cement samples produced were examined with regard to certain properties such as the initial setting time and compressive strength, and were additionally subjected to scanning electron microscopy, X-ray diffractometry and mass spectrometry analyzes. A nanocrystalline, calcium-poor hydroxylapatite cement, which has already been successfully used as a bone replacement material in humans, served as a reference. Since hydroxylapatite can be resorbed almost exclusively by osteoclasts by means of a local pH reduction, in vitro experiments with an immortalized macrophage cell line were performed. Cytocompatibility was tested by means of certain cell proliferation and cell activity measurements over a 15-day experimental period. In addition, the cells populated with cells were observed under the scanning electron microscope and a TRAP staining was performed to evaluate the differentiation to osteoclast-like cells. In the evaluation of the experiments, it became clear that the metal alone was not decisive for changes in the physical properties compared to the metal-free reference cement. The nature of the metal ion doping, whether by addition with the binder solution or by sintering, had different effects on the cements properties of the metals. During the tests, setting times of 18 minutes to over 60 minutes were measured and compressive strengths between 9,3 MPa and 30,5 MPa were determined. In the evaluation of the cell test series, it was found that the cells on the metal ions modified cement platelets tended to have a lower activity with a constant proliferation than on the metal-free reference samples. This result could be confirmed microscopically.…