Evaluation von vier biodegradierbaren, injizierbaren Knochenzementen in einer experimentellen Studie in Schafen

Abstract

In der vorliegenden Studie wurden vier verschiedene injizierbare Zementformulierungen auf ihre Biokompatibilität und Resorption in acht unterschiedlichen Defektlokalisationen über einen Zeitraum von zwei, vier und sechs Monaten im Schafmodell untersucht. Die Zemente bestanden entweder aus Kalziumsulfat, einer Brushite Matrix, einer Brushite Matrix kombiniert mit fragmentförmigen β-TCP Granula oder Hydroxy Apatit Zement. Acht Millimeter dicke Bohrlochdefekte wurden bilateral im Bereich der proximalen Epiphyse und distalen Metaphyse von Humerus und Femur eingebracht. Die Knochen- Zementproben wurden makroskopisch, radiologisch, histologisch und histomorphometrisch untersucht. Alle Zemente waren biokompatibel und zeigten keine Gewebeunverträglichkeiten. Die Zemente unterschieden sich vor allem in der Resorptiongeschwindigkeit und etwas weniger ausgeprägt in den zellulären Abbaumechanismen. Kalziumsulfat zeigte eine sehr variable Knochenneubildung in den Beobachtungszeiträumen auf und war schon nach zwei Monaten vollständig resorbiert. Während Brushite und Brushite/Granules erst nach sechs Monaten zu einem großen Teil resorbiert waren. Norian Reinforced war auch nach sechs Monaten noch fast vollständig vorhanden und wurde im Gegensatz zu den anderen Zementen, die vor allem durch Makrophagen resorbiert wurden, von Osteoklasten abgebaut. Letztendlich sollte die klinische Anwendung der einzelnen Zemente nach der Resorptionsrate und den mechanischen Eigenschaften ausgerichtet sein.

Four cement applications where tested. Two dicalcium phosphate dihydrate (DCPD) hydraulic cements, an apatite hydraulic cement and a calcium sulfate cement (plaster of Paris) were implanted in epiphysial and metaphyseal, cylindrical bone defects in sheep. The in vivo study was performed to asses the biocompatibility and bone remodeling of four cement formulations. After time periods of 2, 4 and 6 months the cement samples were clinically and histologically evaluated. Histomorphometrically the amount of new bone formation, fibrous tissue, bone marrow and the area of remaining cement were measured over time. In all specimens, no signs of inflammation were detectable either macroscopically or microscopically. All cements differed mainly in their resorption time. Calcium sulfate showed a variable amount of new bone formation over all time periods and was already completely resorbed at 2 months. The two DCPD cements in contrast were only degraded to a large amount at 6 months, whereas the apatite was almost unchanged over all time periods.