Einfluss unterschiedlicher Anrührflüssigkeiten auf die mechanischen und mikromorphologischen In-vitro-Eigenschaften von Hydroxylapatitzement

Zusammenfassung

Ziel

In der rekonstruktiven kraniofazialen Chirurgie findet seit einigen Jahren ein synthetischer Hydroxylapatitzement (HAZ) Anwendung. Der HAZ aus Tetra- und Dicalciumphosphaten wird hierbei entweder mit langsam abbindendem Aqua bidest. oder alternativ mit der schneller aushärtenden Natriummonophosphatlösung (NPHL) angerührt. In der vorliegenden experimentellen Untersuchung wurde der Einfluss der unterschiedlichen Abbindungsreaktionen auf die resultierende Oberflächenmorphologie, Druckfestigkeit sowie das Aufwachsverhalten von Fibroblasten auf HAZ-Prüfkörper untersucht.

Material und Methode

In-vitro-Druckfestigkeitsuntersuchungen der jeweiligen HAZ-Prüfkörper (n=80) erfolgten nach 3- und 24-stündiger Aushärtungszeit. Die Mikromorphologie der resultierenden Bruchflächen wurde rasterelektronenmikroskopisch beurteilt und das Wachstumsverhalten von L-929- und HEp2-Zellen auf den schnell und langsam ausgehärteten HAZ-Prüfkörpern licht- und rasterelektronenmikroskopisch untersucht.

Ergebnisse

Die mit NPHL fabrizierten HAZ-Prüfkörper wiesen statistisch signifikant höhere Druckfestigkeitswerte auf. Die gemessenen Druckfestigkeitswerte wurden von der jeweiligen Anrührflüssigkeit, dem Pressdruck bei der Implantatherstellung, der Aushärtungszeit sowie der generierten Implantatmikroarchitektur determiniert. Im Rasterelektronenmikroskop zeigten die mit der NPHL hergestellten Prüfkörper eine durchweg belastungsstabilere, homogenere anorganische Matrix, wohingegen die Aqua-bidest.-HAZ-Prüfkörper eine fragilere, amorphe Gefügekonfiguration mit mikro-/makroporöser Binnenstruktur aufwiesen. In Abhängigkeit der jeweiligen Mikromorphologie war in der Zellkultur ein differenziertes Anwachsverhalten nachweisbar, wobei die porösen Oberflächenstrukturen einen mikropartikulären Zerfall in das Zellkulturmedium aufwiesen.

Schlussfolgerung

Inwieweit das jeweilige Prozedere bei der HAZ-Implantatherstellung (Aqua bidest. vs. NPHL) die biologische Reagibilität, d. h. die Resorption und knöcherne Substitution, der HAZ-Implantate beeinflussen, bleibt weiteren Untersuchungen vorbehalten. Es ist jedoch nahe liegend, dass die aufgezeigten differenten mechanischen und mikromorphologischen Implantateigenschaften die biofunktionelle Akzeptanz zwischen technischem (HAZ-Implantat) und biologischem System (Implantatlager) individuell beeinflussen.

Abstract

Aim

In reconstructive craniofacial surgery a new synthetic hydroxyapatite cement has been used in the last few years. Tetra- and dicalcium phosphates react with either slow setting aqua bidest. or with faster setting sodium monophosphate solution to hydroxyapatite. The aim of this study was to investigate the two mixing fluids of hydroxyapatite for resulting micromorphology, pressure strength, and interactions with fibroblasts.

Material and methods

Pressure strength tests of hydroxyapatite cement test samples (n=80) were performed after a setting time of 3 and 24 h. The micromorphology of surfaces of the resulting particles was assessed under an electron microscope. In cell cultures L-929 and HEp2 cells were incubated with test samples and cell growth was assessed by light and electron microscopy.

Results

The test samples mixed with sodium monophosphate solution showed statistically significantly higher values of pressure strength. The resulting pressure strength depended on respective mixing fluids, setting time, and pressure of application. In general, test samples mixed with sodium monophosphate solution showed a more load-stable, homogeneous anorganic matrix whereas test samples mixed with aqua bidest. had a porous microarchitecture which was more fragile. In cell culture the porous structure showed disintegration in cell culture medium.

Conclusion

To what extent the two mixing liquids of hydroxyapatite cement influence the resorption and bony substitution has to be shown in further studies.