Absorbable Zinc-based alloy for craniomaxillofacial osteosynthesis implants

Abstract

Die Arbeit konzentriert sich auf die In-vitro-Bewertung einer Zn-4Ag-Legierung als potentiellas Biomaterial für CMF-Osteosyntheseimplantate verwendet wird. Unters Dabei geht es hauptsächlich um Zytotoxizität, Abbauverhalten, antibakterielle Eigenschaften und Osteoinduktivität. Für den Zytotoxizitätstest wurden in den ursprünglichen Extrakten offensichtliche zytotoxische Wirkungen beobachtet. Wir konnten jedoch weiterhin nachweisen, dass die toxischen Effekte durch das Vorhandensein von fötalem Rinderserum im Extraktionsmedium beeinflusst wurden, was hauptsächlich auf die durch FBS vermittelte schnelle Freisetzung von Zn-Ionen zurückzuführen ist. Darüber hinaus wird die Zytotoxizität hauptsächlich durch die Abbauprodukte bestimmt, die aus Zn und der Zn-4Ag-Legierung freigesetzt werden, und nicht durch deren Abbauraten. Das Abbauverhalten von Zn und Zn-4Ag-Legierung wurde unter Zellkulturbedingungen evaluiert. Gemäß der Berechnung des Gewichtsverlusts betrug die Abbaurate von Zn-4Ag im DMEM / F-12 ungefähr 17,38 ± 0,78 μm/Jahr, was signifikant höher ist als die von reinem Zn (4,80 ± 0,82 μm/Jahr). Zusätzlich zeigten unsere Ergebnisse, dass FBS den anfänglichen Abbauprozess von Zn und Zn-Legierungen beschleunigen kann. Die antibakterielle Bewertung zeigte, dass die Zn-4Ag-Legierung das Potenzial besitzt, die Biofilmbildung von S. gordonii zu hemmen. Zusätzlich zeigte eine modifizierte Extraktionsmethode einen dosisabhängigen Effekt auf die osteogene Differenzierung menschlicher Periostzellen. Insbesondere die hohe Konzentration an Probenextrakten verringerte die Kalziumablagerung signifikant, während eine niedrige Konzentration eine Kalziumablagerung induzieren kann. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass Zn-4Ag eine vorhersagbare Zytotoxizität, ein relativ langsames Abbauverhalten in vitro, wirksame antibakterielle Eigenschaften und eine potenzielle Osteoinduktionsfähigkeit aufweist, und somit ein potenzielles Material für CMFOsteosyntheseimplantate sein könnte. Weitere systematische Studien sind jedoch erforderlich.

The thesis focuses on in vitro evaluation of a Zn-4Ag alloy as a potential biomaterial for CMF osteosynthesis implants, mainly including cytotoxicity, degradation behavior, antibacterial properties and osteoinductivity. Concerning the cytotoxicity test, obvious cytotoxic effects were observed in the original extracts. Nonetheless, we further demonstrated that the toxic effects were influenced by the presence of fetal bovine serum in the extraction medium mainly due to the FBS-mediated rapid Zn ion release. Moreover, the cytotoxicity is mainly determined by the degradation products released from Zn and a Zn-4Ag alloy rather than by their degradation rates. The degradation behavior of Zn and Zn-4Ag alloy was evaluated under cell culture conditions. According to the calculation of weight loss, the degradation rate of Zn-4Ag in the DMEM/F-12 was approximately 17.38 ± 0.78 μm/year, which is significantly higher than that of pure Zn (4.80 ± 0.82 μm/year). In addition, our results indicated that FBS can accelerate the initial degradation process of Zn and Zn alloys. The antibacterial evaluation showed that the Zn-4Ag alloy has the potential to inhibit biofilm formation of S. gordonii. Additionally, a modified extraction method revealed a dose-dependent effect on the osteogenic differentiation of human periosteal cells. Specifically, high concentration of sample extracts significantly reduced calcium deposition, while a low concentration can induce calcium deposition. In summary, the thesis indicates that Zn-4Ag possessed predictable cytotoxicity, relatively slow in vitro degradation behavior, effective antibacterial properties and potential osteoinduction capability, and thus could be a potential material for CMF osteosynthesis implants. However, further systematic studies are required.