Biomolekulare Oberflächenbeschichtungen - Verbesserung der Knochenheilung und der knöchernen Einheilung von Implantaten

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Catherine D. Reyes, Timothy A. Petrie, Kellie L. Burns, Zvi Schwartz and Andrés J. García: Biomolecular surface coating to enhance orthopaedic tissue healing and integration. Biomaterials, Volume 28, Issue 21, July 2007, 03228-3235.

Einleitung

Oberflächeneigenschaften von Biomaterialien regulieren die Zell- und Gewebeantwort auf Implantate sowie die biologische Integration von Prothesen und Tissue-engineerten Konstrukten. Die knöcherne Einheilung ist ein Vorraussetzung für eine erfolgreiche Implantation in Orthopädie, Traumatologie sowie in der Zahnheilkunde. Die Oberflächenmodifikation verschiedener Biomaterialien durch Beschichtungen mit Kalzium-Phosphat Keramiken sowie makro- und mikroporöse Oberflächen zeigen einen begrenzten Erfolg bei knöcherner Einheilung von Implantaten. Das Ziel der vorliegenden Studie ist die Verbesserung der knöchernen Einheilung durch das Beschichten von Titanoberflächen mit Glycin-Phenylalanin-Hydroxyprolin-Glycin-Glutamat-Arginin (GFOGER) einem Kollagen nachahmendem Peptid, das selektiv an das Integrin a2b1 bindet und somit einen wichtigen Punkt in der Osteoblastendifferenzierung darstellt.

Studiendesign

Titanoberflächen wurden in einem einfachen Tauchverfahren mit GFOGER beschichtet. Es wurden Zelladhäsionstestungen mit Ratten-Stromazellen, Osteoblasten-spezifische Genexpression, Alkalische-Phosphatase Aktivitätstests und Kalizium-Aufnahmetests sowie ein kontrollierter Implantationsversuch an Ratten mit histologischer Evaluation der Knochenkontaktfläche sowie der Aus-reisskraft durchgeführt.

Ergebnisse

GFOGER-beschichtete Oberflächen verstärkten die Osteoblastendifferenzie-rung und Mineralabscheidung in Ratten-Stromazellen und führten somit zu einer verstärkten Osteoblastenfunktion verglichen zu unmodifizierten Titanoberflächen. Die GFOGER Beschichtung verstärkte signifikant die perimplantäre Knochenheilung und das knöcherne Einheilen des Titanimplantates in vivo. Dies war durch eine größere Knochen-Implantatkontaktfläche und höhere Ausreisskräfte verglichen mit unbehandelten Titanimplantaten in einem kortikalen Ratten-Implantationsmodell gezeigt worden. GFOGER-modifizierte Implantate verbesserten ebenfalls die knöcherne Einheilung vergleichen zu Oberflächen, die mit vollständigem Kollagen I beschichtet wurden.

Kommentar

Die Studie zeigt, dass biologisch aktive und klinisch relevante Implantatbeschichtungen zu einer verbesseren Knochenheilung und verbesserten Implantateinheilung führen. In der Studie stellen die Autoren ein sehr einfaches und effizientes Tauchverfahren für eine sehr Osteoblasten-spezifische Beschichtung vor. Die Autoren beschreiben ebenfalls die Notwendigkeit der spezifischen Auswahl von bioaktiven Domainen wie GFOGER für die Integrinbindung von Osteoblasten, da die Beschichtung mit unspezifischen RGD Sequenzen zu einer nicht bestimmten Zellanbindung führt und somit eine schlechtere Implantateinheilung zeigt. Dr. med. Frank Witte