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In vivo Studie verschiedener Hydrogele mit variabler Porenstruktur im Vergleich


Klein, Karina. In vivo Studie verschiedener Hydrogele mit variabler Porenstruktur im Vergleich. 2008, University of Zurich, Vetsuisse Faculty.

Abstract

Titel der Dissertation deutsch

In vivo Studie verschiedener Hydrogele mit variabler Porenstruktur im Vergleich

Karina Klein, 2008 Departement Pferde der Vetsuisse-Fakultät Universität Zürich Musculoskeletal Research Unit (MSRU)

Sekretariat: Frau Gabriele Schmid, E-mail: gschmid@vetclinics.uzh.ch



ZUSAMMENFASSUNG In der vorliegenden Studie wurde die Eignung vier verschiedener Hydrogele mit variabler Porenstruktur als Knochenersatzstoffe in einem Tibiadefektmodell an Schafen über einen Zeitraum von 12 Wochen untersucht. Als Defekt diente eine Osteotomie der Tibiadiaphyse mit Entfernung eines 1cm großen Knochensegmentes einschließlich des umliegenden Periosts. Die Stabilisierung erfolgte mittels interner Fixation von medial sowie durch zusätzliches Anlegen eines Castverbandes. Makroskopische, radiologische, histomorphometrische und histologische Untersuchungen wurden durchgeführt und deren Ergebnisse mit denen von Leerdefekten (Negativkontrollen) und autologer Knochenspongiosa (Positivkontrollen) verglichen. Die Grundlage der vier Komposites bestand aus einer Fibrinmatrix mit einer, kovalent an sie gebundenen, chemisch veränderten und verkürzten Form des humanen Parathormons (TGplPTH1-34). Bei drei Hydrogelen enthielt die Fibrinmatrix eine erhöhte Thrombinkonzentration sowie ein jodhaltiges Kontrastmittel mit einem dadurch strukturell dichteren Fibrinfasergeflecht. Zwei dieser Komposites enthielten zusätzlich in die Matrix eingebettete β-Trikalziumphosphat-Granula (β-TCP) bzw. mikro- und makroporöse biphasische Kalziumphosphat-Granula (MBCP), wodurch die strukturelle Beschaffenheit nochmals deutlich erhöht wurde. Das Hydrogel mit offener Porenstruktur lieferte mit der autologen Spongiosa vergleichbare Ergebnisse und erwies sich somit als biokompatibel mit der Fähigkeit zur Osteoinduktion und Osteokonduktion. Es lag ein sehr hoher Anteil an neugebildetem Knochen vor. Nur vereinzelt wurde noch residuale Hydrogelmatrix zwischen neugebildeten Knochentrabekeln nachgewiesen. Die drei Hydrogele mit dichter Porenstruktur, besonders die mit Zugabe der Kalziumphosphatgranula, erwiesen sich dagegen als ungeeignet für den Einsatz bei einem „critical size defect“ an der Tibia von Schafen. Für eine Fremdkörperreaktion in Form einer granulomatösen Entzündung sprachen einerseits ein großer Anteil an residualem Hydrogel ohne eingesprosste Gefäße und Zellen, andererseits konnte ein deutlich erhöhtes Auftreten von Zellen des Mononukleären Phagozytensystems in der umliegenden Umgebung beobachtet werden. In der Mehrzahl der Fälle wurde eine bindegewebige Kapsel um die Reaktionszone gebildet und bekräftigte damit den Eindruck einer Fremdkörperreaktion. Titel der Dissertation englisch

Comparative in vivo study of different hydrogels with variable porestructure

SUMMARY The aim of this study was to evaluate the suitability of four different Osteogenic Gels with variable pore structures as biomaterial composites in a tibial defect model in sheep after an observation period of twelve weeks. A 1cm segmental, full size diaphyseal defect was located in the midshaft of the tibia. The performance of the gels was compared to empty defects as well as to defects receiving autologous cancellous bone. After osteotomy and careful resection of the periosteum, the tibia was stabilized using an internal fixation plate. The affected hindlimb was protected with a cast to avoid spontaneous limb refracturing. The four composites are based on a fibrin scaffold. A new chemical, bioactive and modified form of the humane PTH1-34 (TGplPTH1-34) was covalently linked to the matrix. The thrombin concentration was increased in three gels and an iodinated contrast agent was added. The result was a tight network of fibrin meshwork. In addition, calcium phosphate ceramics (β- TCP or MBCP) were combined with the fibrin matrix in two of those gels also increasing gel compaction. The porous structure composition showed comparable results to the autologous cancellous bone. It combined the main characteristics required for inducing new bone formation. It was confirmed to be biocompatible, osteoinductive and osteoconductive. In contrast to these composites the three dense structured gels, especially those combined with calcium phosphate ceramics, missed osteogenic properties for healing large bone defects in the ovine tibia. By acting as a barrier for body fluids, cells, tissue and vascularisation, a high amount of remaining Osteogenic Gel induced an inflammatory response in the form of a foreign body reaction.

Abstract

Titel der Dissertation deutsch

In vivo Studie verschiedener Hydrogele mit variabler Porenstruktur im Vergleich

Karina Klein, 2008 Departement Pferde der Vetsuisse-Fakultät Universität Zürich Musculoskeletal Research Unit (MSRU)

Sekretariat: Frau Gabriele Schmid, E-mail: gschmid@vetclinics.uzh.ch



ZUSAMMENFASSUNG In der vorliegenden Studie wurde die Eignung vier verschiedener Hydrogele mit variabler Porenstruktur als Knochenersatzstoffe in einem Tibiadefektmodell an Schafen über einen Zeitraum von 12 Wochen untersucht. Als Defekt diente eine Osteotomie der Tibiadiaphyse mit Entfernung eines 1cm großen Knochensegmentes einschließlich des umliegenden Periosts. Die Stabilisierung erfolgte mittels interner Fixation von medial sowie durch zusätzliches Anlegen eines Castverbandes. Makroskopische, radiologische, histomorphometrische und histologische Untersuchungen wurden durchgeführt und deren Ergebnisse mit denen von Leerdefekten (Negativkontrollen) und autologer Knochenspongiosa (Positivkontrollen) verglichen. Die Grundlage der vier Komposites bestand aus einer Fibrinmatrix mit einer, kovalent an sie gebundenen, chemisch veränderten und verkürzten Form des humanen Parathormons (TGplPTH1-34). Bei drei Hydrogelen enthielt die Fibrinmatrix eine erhöhte Thrombinkonzentration sowie ein jodhaltiges Kontrastmittel mit einem dadurch strukturell dichteren Fibrinfasergeflecht. Zwei dieser Komposites enthielten zusätzlich in die Matrix eingebettete β-Trikalziumphosphat-Granula (β-TCP) bzw. mikro- und makroporöse biphasische Kalziumphosphat-Granula (MBCP), wodurch die strukturelle Beschaffenheit nochmals deutlich erhöht wurde. Das Hydrogel mit offener Porenstruktur lieferte mit der autologen Spongiosa vergleichbare Ergebnisse und erwies sich somit als biokompatibel mit der Fähigkeit zur Osteoinduktion und Osteokonduktion. Es lag ein sehr hoher Anteil an neugebildetem Knochen vor. Nur vereinzelt wurde noch residuale Hydrogelmatrix zwischen neugebildeten Knochentrabekeln nachgewiesen. Die drei Hydrogele mit dichter Porenstruktur, besonders die mit Zugabe der Kalziumphosphatgranula, erwiesen sich dagegen als ungeeignet für den Einsatz bei einem „critical size defect“ an der Tibia von Schafen. Für eine Fremdkörperreaktion in Form einer granulomatösen Entzündung sprachen einerseits ein großer Anteil an residualem Hydrogel ohne eingesprosste Gefäße und Zellen, andererseits konnte ein deutlich erhöhtes Auftreten von Zellen des Mononukleären Phagozytensystems in der umliegenden Umgebung beobachtet werden. In der Mehrzahl der Fälle wurde eine bindegewebige Kapsel um die Reaktionszone gebildet und bekräftigte damit den Eindruck einer Fremdkörperreaktion. Titel der Dissertation englisch

Comparative in vivo study of different hydrogels with variable porestructure

SUMMARY The aim of this study was to evaluate the suitability of four different Osteogenic Gels with variable pore structures as biomaterial composites in a tibial defect model in sheep after an observation period of twelve weeks. A 1cm segmental, full size diaphyseal defect was located in the midshaft of the tibia. The performance of the gels was compared to empty defects as well as to defects receiving autologous cancellous bone. After osteotomy and careful resection of the periosteum, the tibia was stabilized using an internal fixation plate. The affected hindlimb was protected with a cast to avoid spontaneous limb refracturing. The four composites are based on a fibrin scaffold. A new chemical, bioactive and modified form of the humane PTH1-34 (TGplPTH1-34) was covalently linked to the matrix. The thrombin concentration was increased in three gels and an iodinated contrast agent was added. The result was a tight network of fibrin meshwork. In addition, calcium phosphate ceramics (β- TCP or MBCP) were combined with the fibrin matrix in two of those gels also increasing gel compaction. The porous structure composition showed comparable results to the autologous cancellous bone. It combined the main characteristics required for inducing new bone formation. It was confirmed to be biocompatible, osteoinductive and osteoconductive. In contrast to these composites the three dense structured gels, especially those combined with calcium phosphate ceramics, missed osteogenic properties for healing large bone defects in the ovine tibia. By acting as a barrier for body fluids, cells, tissue and vascularisation, a high amount of remaining Osteogenic Gel induced an inflammatory response in the form of a foreign body reaction.

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Item Type:Dissertation (monographical)
Referees:von Rechenberg Brigitte, Geyer Hans
Communities & Collections:UZH Dissertations
Dewey Decimal Classification:570 Life sciences; biology
Language:German
Place of Publication:Zürich
Date:2008
Deposited On:20 Feb 2009 15:18
Last Modified:08 Feb 2019 14:44
Number of Pages:72
OA Status:Green
Related URLs:https://www.recherche-portal.ch/primo-explore/fulldisplay?docid=ebi01_prod005597340&context=L&vid=ZAD&search_scope=default_scope&tab=default_tab&lang=de_DE (Library Catalogue)

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