Die Biokompatibilität gestrickter Titannukleusprothesen der Firma Buck und Co. GmbH

Abstract

Die Nukleusprothetik ist ein vielversprechender Ansatz, dem hohen epidemiologischen Bedarf an neuen Lösungen in der Wirbelsäulenchirurgie effektiv zu begegnen. Der größte Vorteil liegt in einer dynamischen Stabilisierung des Wirbelsäulensegments bei geringem Operationstrauma. Aufgrund technischer und biologischer Probleme sowie fehlender Langzeitstudien konnte sich diese Methode klinisch bisher nicht etablieren. Die Titannukleusprothese der Firma Buck und Co. GmbH, gestrickt aus ca. 250 μm breiten Titanfäden, zeigte in vorangegangenen Untersuchungen hervorragende biomechanische Eigenschaften, sowie eine geringe Migrationstendenz, welche bisher eines der Kernprobleme auf dem Gebiet des Nukleusersatzes darstellte. Ziel dieser Arbeit war es die Biokompatibilität dieser Neuentwicklung in vitro zu untersuchen. Dazu wurden die Implantate in vier verschiedenen Materialdichten (0,4; 0,45; 0,5; 0,75 mg/cm³) hinsichtlich ihrer Wirkung auf die Proliferation, die Differenzierung sowie dem Wachstumsmuster von multipotenten, immortalisierten Zellen untersucht. Die Proliferation wurde indirekt durch die Messung des Resazurinumsatzes, wöchentlich, über fünf Wochen bestimmt. Zu Beginn wiesen alle Implantatdichten ein tendenziell höheres Zellwachstum im Vergleich zur zweidimensionalen Kontrolle auf, wobei die niedrigen Dichten die höchsten Zellzahlen aufwiesen. Nach zwei Wochen fiel das Wachstum synchron sowohl bei den Implantaten als auch bei der Kontrolle, möglicherweise bedingt durch eine Kontaktinhibition. An Tag 21 wurde die Differenzierung der Zellen zu Osteoblasten durch ein entsprechendes Differenzierungsmedium initiiert. Nach weiteren zwei Wochen zeigte sich ein erneuter Anstieg der Zellzahl, welcher bei der Kontrolle deutlich stärker ausfiel als bei den Untersuchungsobjekten. Dies war bereits ein erster Hinweis darauf, dass die Differenzierung der Zellen in der Kontrolle hinter den Zellen am Drahtgestell zurückbleiben könnte. Die quantitative Untersuchung der Differenzierung mittels Alizarin-rot und der alkalischen Phosphatase bestätigte das fortgeschrittene Differenzierungsstadium der Zellen an den Drahtgestellen gegenüber der Kontrolle. Fluoreszenzmikroskopisch wurden die überwiegende Viabilität der Zellen sowie ein adhärentes Zellwachstum auf den Titanfäden durch eine Lebend/Tod-Färbung nachgewiesen. Die Färbungen der extrazellulären Matrix stützten die Ergebnisse der quantitativen Messungen hinsichtlich der Differenzierung und der Bildung mineralisierter Matrix. Zur Beurteilung des Wachstumsmusters wurden die Drahtgestelle in lichtmikroskopische Schnitte prozessiert und mikroskopisch untersucht. Es zeigte sich ein randständiges Wachstum mit Abnahme der extrazellulären Matrix zum Inneren des Implantats. Dadurch könnte das biologische Umfeld die Stabilisierung der Prothese fördern, ohne dabei zu stark mit den biomechanischen Eigenschaften der Prothese zu interferieren. Zusammenfassend erwies sich die Prothese der Firma Buck und Co. GmbH in vitro bei allen untersuchten Materialdichten als biokompatibel mit nachweisbar guten osteointegrativen Eigenschaften. Aufbauende Fragestellungen sollten die Immuntoleranz sowie die Anwendung humaner Chondrozyten untersuchen, bis weitere Studien in vivo folgen können

Teile der Arbeit wurden im 19th Surgical Research Days. Section of Surgical Research of the German Society of Surgery. October 8-10, 2015, Wurzburg, Germany: Abstracts. Eur Surg Res, 2015. 55(3): p. 198-289. veröffetnlicht: Titel: The knitted Titan prosthesis, the future of Nucleus implants? Autor: P. Grau, Co-Autoren: S. Ehnert, A. Buck, A. Buck jun.,I. Degenkolbe, H.P. Wendel, A. Badke1 H.P. Kaps, A.K. Nüssler a Siegfried Weller Institute, BG Trauma Center, University of Tübingen, Germany b Buck GmbH & Co. KG., Bondorf, Germany c Dept. of Thoracic and Cardiovascular Surgery, University Hospital Tübingen, Germany

Vorstellung am 08.10.2015 im Rahmen der 19. Chirurgischen Forschungtagen 2015 in Würzburg Anmerkung: inhaltliche Auszüge sind in dieser Arbeit mit # gekennzeichnet.