Osteogene Aktivität BMP-3-beschichteter Titanprüfkörper unterschiedlicher Oberflächenbeschaffenheit im orthotopen Lager des Riesenkaninchens

Abstract.

Introduction: The successful combination of osteoinductive factors with current materials used in both endoprosthetics and implantology improves bony ingrowth and long-term stability of the chosen implants. The aim of the present experimental animal study was to clarify in what way faster bony integration can be achieved through additional BMP-3-coating of titanium test implants of different surface textures (hydroxy-apatite-coated or corundum-blasted). Methods: Thirty of 60 cylindrical titanium test implants with a hydroxy-apatite or corundum-blasted surface were coated with 230 μg porcine, high-purified BMP-3-precipitate per implant to check their osteoinductive potential in a bioassay. In each case a BMP-3-coated and an uncoated control-device were implanted with a gap formation of 1 mm into the femoral part of the patellofemoral joint of the right and left leg of 30 adult giant rabbits. Serial saw slices of all explanted specimens were prepared, and the osseous integration of the implant and time-dependent bone neoformation were analyzed microscopically and histomorphometrically 14, 35, and 56 days after implantation. Results: Coating of TiAl₄V₆-test devices with BMP-3 led in both groups after gap implantation to an improved osseointegration, that was histomorphological and histomorphometrical verifiable. Statistical evaluation using the t-test for matched samples showed 5 weeks after surgery a significant higher volume of new formed bone of the BMP-3-coated corundum-blasted or hydroxy-apatite-coated TiAl₄V₆ test devices compared to the non-coated controls of the same type (P < 0.01). Light microscopy demonstrated osseointegration without connective tissue membrane around the surface of the implants after 2, 5, and 8 weeks. Better osseointegration was achieved in the hydroxy-apatite-coated implants than in the corundum-blasted implants. Conclusions: Our results indicate that composite metal implants, as used in endoprosthetics and implantology, are suitable carriers for BMP-3 and improved fixation of the implants can be achieved.

Zusammenfassung.

Einleitung: Die erfolgreiche Kombination osteoinduktiver Faktoren mit in der Endoprothetik und Implantologie gebräuchlichen Materialien kann ihre Anwendung in der Verbesserung des knöchernen Einwachsverhaltens und der Langzeitstabilität der gewählten Implantate finden. Ziel der vorliegenden tierexperimentellen Studie war es zu klären, inwieweit durch zusätzliche BMP-3-Beschichtung von Titanprüfkörpern unterschiedlicher Oberflächenbeschaffenheit (hydroxylapatitbeschichtet oder korundgestrahlt) eine schnellere knöcherne Integration erzielt werden kann. Methoden: 30 von insgesamt 60 zylinderförmigen Titanprüfkörpern mit Hydroxylapatit- bzw. korundgestrahlter Oberfläche wurden mit jeweils 230 μg porcinem, hochgereinigtem BMP-3-Präzipitat beschichtet, um in einem Bioassay ihr osteoinduktives Potential zu überprüfen. Jeweils ein BMP-3-beschichtetes und ein unbeschichtetes Kontrollimplantat wurde unter Spaltbildung von 1 mm in den femoralen Anteil des Patellagleitlagers des rechten und linken Hinterlaufs von 30 adulten Riesenkaninchen implantiert. Von allen Explantaten wurden Seriensägeschnitte hergestellt und die knöcherne Implantateinheilung sowie die zeitabhängige Knochenneubildung lichtmikroskopisch und histomorphometrisch nach einer Implantatliegedauer von 14, 35 und 56 Tagen beurteilt. Ergebnisse: Die Beschichtung der TiAl₄V₆-Prüfkörper mit BMP-3 führte im Spaltheilungsversuch bei beiden Prüfkörpergruppen zu einer verbesserten Osseointegration, die histomorphologisch und histomorphometrisch nachweisbar war. Die statistische Auswertung mittels t-Test für verbundene Stichproben zeigte 5 Wochen post implantationem eine signifikant höhere Knochenneubildungsrate der BMP-3-beschichteten korundgestrahlten bzw. hydroxylapatitbeschichteten TiAl₄V₆-Prüfkörper im Vergleich zu den jeweiligen unbeschichteten Kontrollimplantaten (p < 0,01). Lichtmikroskopisch zeigte sich eine bindegewebsfreie Osseointegration der Implantate nach 2, 5 und 8 Wochen Liegedauer. Ein besseres Einwachsverhalten wurde bei den hydroxylapatitbeschichteten im Vergleich zu den korundgestrahlten Implantaten erzielt. Schlussfolgerungen: Unsere Ergebnisse weisen darauf hin, dass Composite-Metallimplantate, wie sie in der Endoprothetik und Implantologie verwandt werden, als Carriersysteme für BMP-3 genutzt werden können und sich dadurch eine verbesserte Implantatfixation erzielen lässt.