Podcasts about biokompatibilit

Den Expertinnen für Biokompatibilität am Johner Institut ist in den letzten zwei Jahren etwas Besonderes gelungen: Sie haben für alle Medizinproduktehersteller Strategien erarbeiten und Benannte Stellen bzw. die Behörden wie die FDA überzeugen können, dass für den Nachweis der Biokompatibilität der Medizinprodukte keine Tierversuche notwendig sind. Im Gespräch mit Professor Johner berichtet die Leiterin des Bereichs "Biocompatibility", was bei der Biokompatibilität nachzuweisen ist, bei welchen Nachweisen Tierversuche möglich sind und bei welchen nicht, wie Tierversuche ablaufen, wie es gelingt, (fast) immer auf Tierversuche zu verzichten.

MedTech Day 2015: Künstliche Gelenke müssen biokompatibel verträglich sein. Empa-Forscherinnen und -Forscher um Katharina Maniura untersuchen, wie Zellen und Gewebe auf ein Implantat reagieren.

Hintergrund: Eine Verbesserung der Biokompatibilität von porösen Polyethylenimplantaten könnte postoperative Komplikationsraten senken und das klinisches Anwendungsgebiet des Biomaterials erweitern. Im Rahmen dieser Studie wurde untersucht, ob eine „Vitalisierung“ von porösen Polyethylenimplantaten mit dermalen Fibroblasten möglich ist und ob hierdurch die mikrovaskuläre Integration sowie die immunologische Reaktion des Wirtsorganismus beeinflusst werden konnte. Material und Methoden: Poröse Polyethylenimplantate wurden in vitro mit GFP-markierten dermalen Fibroblasten kultiviert. Die auf dem Biomaterial adhärenten Zellen wurden vor Implantation in dorsale Rückenhautkammern an C57/Bl6 Mäusen mittels konfokaler Mikroskopie quantifiziert, ebenso nach Explantation. Native Implantate dienten als Kontrolle. Angiogeneseprozesse sowie die Leukozyten-Endothelzellinteraktion im Implantatmaterial wurden wiederholt mittels in vivo Fluoreszenzmikroskopie analysiert. Abschließend wurde die dynamische Desintegrationskraft quantifiziert und eine Analyse immunmodulatorischer Zytokine durchgeführt. Ergebnisse: Poröse Polyethylenimplantate konnten nachhaltig mit dermalen Fibroblasten „vitalisiert“ werden. Mikrozirkulatorische Parameter nahmen während des Beobachtungszeitraums zu, allerdings konnten keine signifikanten Unterschiede zwischen den Gruppen festgestellt werden. Einzelne immunmodulatorische Zytokine waren in „vitalisierten“ porösen Polyethylenimplantaten tendenziell erhöht, eine signifikante Beeinflussung der Immunantwort des Wirtsorganismus war jedoch nicht festzustellen. Schlussfolgerung: Eine „Vitalisierung“ von porösen Polyethylenimplantaten mit dermalen Fibroblasten ist nachhaltig durchführbar, beeinflusst jedoch die mikrovaskuläre Integration in vivo sowie die Immunreaktion des Wirtsorganismus nicht signifikant. Somit sind möglicherweise zusätzliche Maßnahmen im Sinne eines Tissue Engineerings erforderlich, um die Biokompatibilität von porösen Polyethylenimplantaten mittels dieser vielversprechenden Zellquelle zu verbessern.

Tissue Engineering (TE) ist ein neuer therapeutischer Ansatz, um dem Mangel an Spenderorganen oder -geweben gerecht zu werden. Er zielt darauf ab, Ersatzorgane herzustellen, um die Organfunktion des Empfängers zu verbessern oder zu ersetzen. Die drei Grundprinzipien des TE beinhalten die Nutzung von: 1) isolierten Zellen oder Zellersatz, 2) Signalmolekülen wie Wachstumsfaktoren, die die Zellproliferation fördern und 3) Matrices, das heißt natürlichen oder synthetischen Trägermaterialien. Durch die Nutzung von Biomaterialien als Trägermaterial können autologe zellbasierte Transplantate stabilisiert werden und damit ein strapazierfähiges künstliches Organ in vitro hergestellt werden. Mit dieser Untersuchung sollte die Tauglichkeit eines zellbesiedelten kollagenbasierten Gerüsts (collagen cell carrier - CCC) geprüft werden, Harnröhrenläsionen insbesondere Harnröhrenstrikturen als innovatives Therapiekonzept zu beheben. Dazu wurde die Viabilität und Proliferation humaner und porciner Urothelzellen ebenso wie deren Adhärenz auf dem neuen Zellträger untersucht. In vivo wurde die Biokompatibilität durch ektopische Transplantation im Nacktrattenmodell getestet und abschließend wurden zellbesiedelte Kollagenmatrices nach Induktion einer Harnröhrenstriktur in die Harnröhre von Minipigs eingesetzt. Sowohl die in vitro als auch die in vivo Daten belegten die exzellente Tauglichkeit von CCC als Trägermatrix zur Konstruktion artifizieller autologer Urotheltransplantate. Wurde eine große Anzahl an Zellen verwendet, so waren die metabolische Aktivität und Proliferation als auch die Adhärenz auf CCC vergleichbar mit der bei Aussaat auf Plastik. Das Nacktrattenmodell und das Minipigmodell wiesen die Biokompatibilität, die Integration und die Degradation der Zell-Matrix-Konstrukte in vivo nach. Damit sind die Ergebnisse dieser Studie von größter Bedeutung für die zukünftigen Therapiemöglichkeiten von Harnröhrenstrikturen und legen den Grundstein für die potentielle klinische Anwendung.

Da man sich den negativen Auswirkungen der totalen sowie partiellen Meniskektomie bewusst ist, wird seit mehreren Jahren nach einem geeigneten Ersatzmaterial für geschädigtes Meniskusgewebe gesucht. Bisher konnte allerdings keines der getesteten Materialien das Meniskusgewebe zufriedenstellend ersetzen. Daher war es Ziel der vorliegenden Studie, ein neuartiges Scaffold auf seine Fähigkeit geschädigtes Meniskusgewebe zu ersetzen zu untersuchen. Das getestete Scaffold wurde aus Seidenfibroin, einem Hauptbestandteil der Seide der Seidenspinnerraupe Bombyx mori, hergestellt. Viele Materialien aus Seide konnten bereits in anderen Einsatzgebieten durch ihre gute Biokompatibilität sowie durch hervorragende mechanische Eigenschaften überzeugen. Voruntersuchungen der neuartigen Seidenfibroin-Scaffolds zeigten eine durchschnittliche Porengröße von > 100 μm. Zusätzlich konnten in vitro geeignete mechanische Eigenschaften für den Meniskusersatz sowie eine gute Biokompatibilität der Scaffolds nachgewiesen werden. Daher sollte in der vorliegenden Studie in vivo am Schafmodell getestet werden, ob die Seidenfibroin-Scaffolds auch im Kniegelenk biokompatibel sind, ob sie eine ausreichende mechanische Stabilität aufweisen und ob sie die Entstehung degenerativer Knorpelveränderungen verzögern können. Am medialen Meniskus wurde eine partielle Meniskektomie durchgeführt und die Seidenfibroin-Scaffolds in den Meniskusdefekt implantiert. Es gab zwei Scaffold-Gruppen mit unterschiedlichen Untersuchungszeiträumen. In einer Gruppe betrug die Implantationszeit drei Monate. Das Hauptaugenmerk lag in dieser Gruppe auf möglichen Immunreaktionen gegen das Scaffold. In der anderen Scaffold-Gruppe betrug die Implantationszeit sechs Monate. Als orientierende Vergleichsgruppen wurde eine Tiergruppe shamoperiert, bei einer anderen wurde eine Teilresektion durchgeführt. Der Untersuchungszeitraum dieser beiden Gruppen betrug ebenfalls sechs Monate. Im Vergleich der drei Sechsmonatsgruppen war es möglich die Auswirkungen der Scaffoldimplantation auf die Gelenkgesundheit zu beurteilen. Je Versuchsgruppe wurden 9-10 Tiere operiert. Durch makroskopische, histologische und immunchemische Untersuchungen von Gelenkkapsel, Meniskus und Scaffold sowie Gelenkflüssigkeit wurde die Biokompatibilität der Scaffolds im Kniegelenk überprüft. Die histologischen Untersuchungen der Scaffolds ließen Aussagen über die Bioaktivität und das Einwachsverhalten der Scaffolds zu. Mit makroskopischen, biomechanischen und histologischen Untersuchungsmethoden wurde der Degenerationsgrad des artikulären Knorpels bestimmt, um mögliche chondroprotektive Eigenschaften der Scaffolds zu ermitteln. Zusätzlich wurden Scaffold- und Meniskusproben biomechanisch untersucht. So konnte überprüft werden, ob die Scaffolds vor sowie nach Implantation aus mechanischer Sicht geeignet sind, verletztes Meniskusgewebe adäquat zu ersetzen. Die Ergebnisse dieser Studie zeigen, dass die Seidenfibroin-Scaffolds durchaus Potential für die Anwendung als Meniskusteilersatz haben. Die Biokompatibilität der Scaffolds konnte bestätigt und eine Schädigung des Gelenkknorpels durch die Scaffoldimplantation ausgeschlossen werden. Außerdem scheinen die Scaffolds das Auftreten degenerativer Knorpelveränderungen, wie sie nach partieller Meniskektomie zu beobachten sind, verzögern zu können. Vor Implantation wiesen die Scaffolds eine geringere Steifigkeit auf als das native Meniskusgewebe. Im Laufe der Implantation nahm die Steifigkeit der Scaffolds allerdings zu und unterschied sich nach sechs Monaten nicht mehr signifikant von der Steifigkeit des Meniskus. Auf lange Sicht scheinen die Scaffolds demnach das Meniskusgewebe mechanisch ersetzen zu können. Dies ist besonders wichtig, da die Seidenfibroin-Scaffolds einen dauerhaften Meniskusersatz darstellen und nicht wie andere Materialien einer raschen Resorption und Substitution durch Regenerationsgewebe unterliegen. Allerdings zeigte sich in dieser Studie auch, dass die Fixation der Scaffolds nicht in allen Fällen erfolgreich war. Zudem fand während der Implantationszeit keine Integration der Scaffolds in das Meniskusgewebe statt. Meniskusnah waren zwar einige Scaffoldporen mit Zellen und Bindegewebe gefüllt, eine bindegewebige Verwachsung zwischen Scaffold und Meniskus war hingegen weder nach drei- noch nach sechsmonatiger Implantation zu sehen. Veränderungen der Poreninterkonnektivität, der Porengröße sowie der Fixierbarkeit sind daher vor einem weiteren Einsatz der Scaffolds notwendig. Zudem sollten in einer weiteren in vivo Studie die chondroprotektiven Eigenschaften der Seidenfibroin- Scaffolds über einen längeren Zeitraum untersucht werden.

Adhäsive Füllungstherapie scheitert oft an den Folgen von Sekundärkaries. Bakterielle Infektionen nach dem Legen der Füllung führen häufig zu Pulpa-schädigungen und Füllungsverlusten. Auch während der Erstbehandlung in der Kavität verbliebene Bakterien können über den Erfolg der Restaurationen ent-scheiden. Daher ist es sinnvoll auf Karies hemmende Füllungswerkstoffe zurück zu greifen. Aufgabe der vorliegenden In-vitro-Studie war es daher zu untersuchen, ob ein antibakterielles Adhäsiv _ Clearfil Protect Bond, das ein antibakterielles Monomer MDPB (12−Methacryloyloxydodecylpyridiniumbromid) und Natriumfluorid beinhaltet, die Entstehung von Sekundärkaries im Bereich von Füllungsrandspalten inhibieren kann. Die Effektivität von Clearfil Protect Bond sollte vergleichend mit bisher genutzten und bewährten Restaurationsmateria-lien wie Fluorid freisetzendem Glasionomerzement _ Fuji IX (bekannt als Kariesprotektiv) und MDP (10-Methacrylat-oxydecyl Dehydrogenphosphat) enthaltendem Clearfil SE Bond (bekannt durch stabile und gute Haftwerte) untersucht werden. Für die Durchführung der Untersuchungen wurde eine künstliche Mundhöhle gebaut. Für die gesamte Studie wurden 24 kariesfreie menschliche Molaren verwendet. In diesen wurden Kavitäten der Black Klasse I (Ø 4 – 5 mm x T 1,8 – 2 mm) präpariert. Die Zähne wurden randomisiert in 4 Gruppen geteilt und unterschiedlich behandelt: 1. Die Proben der Gruppen OB dienten als negatives Beispiel für vermehrte Randspaltbildung, sie wurden ohne die Anwendung des Haftvermittlers mit Komposit (Tetric Ceram HB der Firma „Ivoclar Vivadent“, Schaan, Liechtenstein) gefüllt. 2.Gruppe F: Fuji IX (“GC” Europe, Leuven, Belgien) 3.Gruppe SB: Clearfil™ SE Bond (Kuraray Medical Inc., Okayama, Japan und Komposit (Tetric Ceram HB der Firma „Ivoclar Vivadent“, Schaan, Liechtenstein) 4. Gruppe PB: Clearfil™ Protect™ Bond (Kuraray Medical Inc., Okayama, Japan) und Komposit (Tetric Ceram HB der „Ivoclar Vivadent“, Schaan, Liechtenstein) Die Restaurationen wurden der thermischen Wechselbelastung (2000 Zyklen, 5 °C und 55 °C) und Kausimulation (50000 Zyklen, 5 kg Belastung) unterzogen, um Randspalten zu induzieren. Vor dem Einbringen in die künstliche Mundhöhle lagerten die gefühlten Zahnproben 4 Wochen lang in sterilem künstlichem Speichel. Die Simulation der Black Klasse II Restaurationen erfolgte durch Separation der Zähne in zwei gleich große Hälften (mesiale und distale Teile). Nach 20 Minuten langer Desinfektion in 70 % Ethanol wurden die Probekörper in die künstliche Mundhöhle eingebracht und einkeimiger streptokokkaler Plaque ausgesetzt, um sekundärkariöse Läsionen zu erzeugen. Die Studie wurde in drei Untersuchungsabschnitten mit jeweils 8 Zähnen durchgeführt. In Untersuchungsabschnitt I wurde die optimale Verweildauer der Zahnproben in künstlicher Mundhöhle für die Demineralisationsentstehung ermittelt. Diese wurde auf 8 Wochen festgesetzt. Weiterhin folgten identische Untersuchungsabschnitte II und III, die jeweils 8 Wochen lang andauerten. Durch dieses Vorgehen wurde die Aussagekraft der ermittelten Ergebnisse gesichert. Das Ausmaß der entstandenen Demineralisationen an den Kavitätenrändern wurde in einem µCT- Gerät gemessen. Die erzielten Ergebnisse ließen erkennen, dass keines der verwendeten Materialien in der Lage war die Sekundärkaries am Entstehen komplett zu hindern. Wie erwartetet, entstand in den Gruppen OB, die ohne Adhäsivsystem restauriert wurden, im Vergleich zu den anderen Gruppen (SB, PB, F) signifikant mehr Sekundärkaries. Die mit Clearfil Protect Bond behandelten polymerisierten Proben zeigten signifikant weniger ausgeprägte Sekundärkaries (bzw. Mineralverlust) in Bereichen, die direkt am Restaurationsmaterial angrenzten, als Gruppen wo Clearfil SE Bond angewendet wurde. Ab einer Entfernung von 40 µm und mehr (80 µm; 120 µm) von der Kavitätenrand konnten keine signifikanten Unterschiede zwischen diesen Materialien (PB und SB) festgestellt werden. Als kariesprotektive Materialien nehmen die Fluorid freisetzenden Glasionomerzemente eine führende Stellung ein, denn in den Gruppen der mit Fuji IX behandelten Proben entstanden signifikant geringere sekundär- und primärkariöse Läsionen als in anderen Gruppen (SB, PB, OB). Aus den Ergebnissen dieser In-vitro-Studie lässt sich ableiten, dass das MDPB Monomer auch nach der Polymerisation antibakteriell wirkt und dass es im feuchten Milieu nicht freigesetzt wird, so dass durch die Verwendung von Clearfil Protect Bond ein permanenter Schutz vor Sekundärkaries im Randspaltbereich zu erwarten ist. Daher kann für dieses Produkt eine Praxisempfehlung ausgesprochen werden. Da die zell- und pulpatoxischen Effekte, die eventuell von dem MDPB Monomer hervorgerufen werden können, in dieser Untersuchung nicht berücksichtigt wurden, muss es Ziel weiterer Studien sein, die Biokompatibilität dieses Produktes zu prüfen. Ob die in dieser In-vitro-Studie ermittelten Ergebnisse sich ohne weiteres auch in vivo übertragen lassen, bleibt den weiterführenden klinischen Langzeitstudien überlassen.

In der prospektiven klinischen Studie zum Langzeitverhalten von IPS Empress I Keramikinlays konnten nach einer Liegedauer von 10 Jahren bei 31 Patienten insgesamt 62 Rekonstruktionen beurteilt werden; 51 Inlays waren noch in situ. Die 10-Jahres-Untersuchung umfasste die klinischen Parameter Ästhetik, Oberflächenqualität, Randqualität, Randverfärbung, Sekundärkaries, Mundhygieneparameter, Attachmentverlust, Vitalität, Okklusionsstellung und Abrasion. Weitere Fragen bezogen sich auf die Beschwerdeanamnese, Therapiemaßnahmen und Misserfolgsgründe. Die Auswertung erfolgte mittels der SPSS 15.0- Family Software. Die Überlebensrate nach Kaplan-Meier für 10 Jahre betrug 82,3%, die mittlere Überlebenszeit lag bei 122,9 Monaten. Misserfolgsgründe waren in 72,7% der Fälle pulpitische Beschwerden sowie Randdesintegration und Fraktur (27,3%). Von den noch in situ befindlichen Inlays wiesen weitere fünf (Rand-)frakturen auf; an vier Zähnen wurde Sekundärkaries im Randbereich diagnostiziert. Ein signifikanter Zusammenhang zwischen Randqualität und Randverfärbung, sowie Randqualität und Sekundärkariesbildung konnte nachgewiesen werden. Inlays im Prämolarenbereich wiesen signifikant bessere Randqualität und Überlebensraten auf. Die Lage der Inlays in Ober- oder Unterkiefer und die Wahl des Befestigungskomposits (Variolink bzw. Sonocem) hatten keinen signifikanten Einfluss auf die Überlebenszeit. Zweiflächige Inlays schnitten tendenziell besser ab als dreiflächige. Die gute Biokompatibilität der Keramik konnte bestätigt werden.

Mon, 13 Dec 2010 12:00:00 +0100 https://edoc.ub.uni-muenchen.de/12475/ https://edoc.ub.uni-muenchen.de/12475/1/Neunhoeffer_Anna_Katharina.pdf Neunhoeffer, Anna Katharina ddc

Sat, 13 Feb 2010 12:00:00 +0100 https://edoc.ub.uni-muenchen.de/11957/ https://edoc.ub.uni-muenchen.de/11957/1/Kiokekli_Meredith.pdf Kiokekli, Meredith

Die Anwendung eines Hämoperfusionsverfahrens zur Lipidadsorption hat spezielle Kriterien der Biokompatibilität zu erfüllen, hierzu gehören das Fehlen von Interaktionen mit Erythrocyten, Leukocyten und Thrombocyten; die Abwesenheit von Hämolyse und Aktivierung der Gerinnung und Thrombosierung sowie Ausbleiben einer Komplement- oder Kinin-Kallikrein-Reaktion. Die direkte Adsorption von Lipoproteinen durch das DALI-Verfahren ist eine etablierte, vollblutkompatible, sichere, effektive und biokompatible Therapieoption zur Behandlung der Hyperlipoproteinämie. Modifikationen des etablierten und zugelassenen DALI-Systems müssen vor Anwendung in der Routinebehandlung nachweislich vergleichbare Eigenschaften aufweisen. Im standardisierten Verfahren erfolgt die erforderliche Antikoagulation mittels kombinierter Gabe eines Heparin-Bolus (20 IE/ kg KG) und kontinuierlicher Citratzumischung im Verhältnis von 1:20. In der vorliegenden Arbeit wurden zwei Modifikationen der standardisierten Antikoagulation getestet. Unter Reduktion der Citratdosis auf ein Verhältnis von 1:40 bei gleichzeitiger Erhöhung des initialen Heparinbolus (60 IE/kg KG) konnte im Vergleich zur etablierten DALI-Apherese eine vergleichbar gute Effektivität des Verfahrens nachgewiesen werden. Die gemäß NUB-Richtlinien geforderte Absenkungsrate für LDL-Cholesterin über 60% konnte sowohl mittels modifizierter als auch etablierter Apherese erreicht werden. Die diskreten Vorteile des etablierten Verfahrens in der Absenkung des LDL-Cholesterins (69% vs. 62%), Gesamt-Cholesterins (57% vs. 53%) und des Lipoprotein (a) (70% vs. 66%) erscheinen klinisch nicht relevant. Die klinische Sicherheit beider Verfahren zeigte sich unbedenklich und ergab im Vergleich keine Unterschiede. Der Verlust an ionisiertem Calcium war bei Anwendung der modifizierten Antikoagulation erwartungsgemäß geringer (5% vs. 18%), klinisch resultierten daraus jedoch keine Unterschiede bezüglich der Verträglichkeit der Apheresen. Die Antikoagulation war bei Anwendung beider Antikoagulationsregime sicher und ausreichend gut, eine Aktivierung der plasmatischen Gerinnung gemessen anhand der Thrombin-Antithrombin-Komplexe fand in beiden Untersuchungsarmen nicht statt. Die Biokompatibilität beider Verfahren zeigte sich in der beschriebenen Studie vergleichbar zufriedenstellend. Zeichen der Hämolyse waren nicht detektierbar, Erythrocyten-, Leukocyten- und Thrombocytenzahlen waren bei Anwendung beider Verfahren im Wesentlichen vergleichbar stabil. Eine Aktivierung des Komplementsystems fand weder bei Durchführung des Standardverfahrens noch bei Modifikation des Antikoagulationsregimes statt. Eine relevante Aktivierung von Thrombocyten, detektiert mittels -Thromboglobulin, der polymorphnukleären Granulocyten (Elastase) oder der Monocyten konnte jeweils ausgeschlossen werden. Die Modifikation der Gerinnungshemmung aktivierte im tolerablen und vorbekannten Umfang das Kinin-Kallikrein-System, entscheidende Unterschiede zum etablierten Verfahren waren nicht nachweisbar. Aufgrund dieses Phänomens ist eine gleichzeitige Therapie mit ACE-Inhibitoren und DALI kontraindiziert. Insgesamt kann die untersuchte Modifikation der Antikoagulation bei DALI bedenkenlos in der klinischen Routine eingesetzt werden. Auch die Untersuchungen zu DALI ohne Gabe des etablierten initialen Heparin-Bolus und kontinuierlicher ACD-A Gabe im Verhältnis 1:20 zeigte sich klinisch sicher und bedenkenlos. Bedingt durch das dauerhafte ACD-A-Verhältnis 1:20 wurde im Vergleich zur historischen Kontrollgruppe eine geringere Konzentration ionisierten Calciums reinfundiert. Diese Tatsache bedarf ein besonderes Augenmerk bei Patienten, die zur Hypocalciämie neigen. Patienten, die eine orale Antikoagulation mit Phenprocoumon erhielten, wiesen eine ausreichend gute Antikoagulation währen der heparinfreien DALI-Apherese auf, die Aktivierung der plasmatischen Gerinnung fiel gering und vergleichbar zum Kontrollkollektiv aus. Bei Patienten ohne orale Antikoagulation zeichnete sich eine mäßige Aktivierung der plasmatischen Gerinnung durch die heparinfreie DALI-Apherese ab, jedoch ohne offensichtliche Relevanz. Dennoch gebietet die Durchführung des Verfahrens ohne Heparin Vorsicht. Die Zellzahlen für Thrombocyten, Leukocyten und Erythrocyten blieben auch ohne Gabe von Heparin stabil, eine Hämolyse bei heparinfreier Antikoagulation fand nicht statt. Eine klinisch relevante Aktivierung der Thrombocyten oder PMN-Granulocyten konnte nicht nachgewiesen werden. Die durch die negativ geladene Oberfläche des DALI-Adsorbers bedingte Aktivierung des Kallikrein-Kinin-Systems (Bradykinin) wurde durch das heparinfreie Verfahren nicht nennenswert verändert und hatte keine klinischen Nebenwirkungen zur Folge. Das Komplementsystem erfuhr keine evidente Aktivierung durch Weglassen des Heparins bei DALI. Die Effektivität der DALI-Apherese ohne Heparin ist vergleichbar zum etablierten Verfahren, LDL-Cholesterin konnte im Mittel um 65% gesenkt werden, Lp(a) um 62%.

Die Wiederherstellung der uneingeschränkten Funktionsfähigkeit und der vollen mechanischen Belastbarkeit der Knochen und Gelenke steht nach einer Fraktur im Vordergrund. Ausgehend von den Bedürfnissen der Chirurgie nach einem bioresorbierbaren Klebstoff zur Therapie kleinerer, unbelasteter Bruchfragmente und gelenknaher Trümmerfrakturen wurde ein Zweikomponenten-Kleber auf Polysaccharidbasis (Chitosan und ox. Stärke bzw. ox. Dextran) entwickelt. Der Kleber kopiert die Klebewirkung von Muscheladhäsiven und reduziert sich dabei auf den Reaktionsmechansimus der Schiff´schen Basenbindung. Es ist gelungen, ein geeignetes in vitro Testsystem zu etablieren, mit dem Biokompatibilitätsstudien von Hartgewebeklebern rasch und in hohem Durchsatz durchgeführt werden können. In dieser Arbeit wurden drei verschiedene Klebervarianten und deren Einzelkomponenten in verschiedenen Versuchsansätzen gemäß ISO Norm 10993-5 im direkten bzw. indirekten Kontakt mit Zellen auf ihre Biokompatibilität getestet. Die Auswertung erfolgte mit geeigneten Assays, die neben der Zellzahl, die Zellaktivität (WST-I/Roche) und die Zellmembranpermeabilität (TOX- 7/Sigma) bestimmten. Versuchsansatz C mit indirektem Kleberkontakt wurde fluoreszenmikroskopisch ausgewertet. Unter den etablierten Versuchsbedingungen zeigte sich ein proliferationshemmender bzw. letaler Einfluss der Kleber auf die Zellen. Durch Modifikation der Versuchsbedingungen können nun weitere, neu entwickelte Kleberproben zunächst in vitro auf ihre biomechanische Klebewirkung und auf ihre Biokompatibilität gescreent werden, um geeignete Kombinationen für in vivo Untersuchungen auswählen zu können.

Der Einsatz der extrakorporalen Zirkulation bei koronarchirurgischen Eingriffen führt durch den Kontakt des Patientenbluts mit der Fremdoberfläche des Perfusionssystems zu einer systemischen inflammatorischen Reaktion (SIRS). Inflammatorische Mediatoren, wie Tumornekrosefaktor-alpha (TNF-α), Interleukin-10 (IL-10), P-Selektin und Stickstoffmonoxid (NO) treten nach kardiopulmonalem Bypass in erhöhten Konzentrationen im Plasma auf. Abhängig vom Schweregrad der durch die extrakorporale Zirkulation ausgelösten systemischen inflammatorischen Reaktion (SIRS) kann diese bei dem Patienten zu der Ausbildung von Funktionsstörungen verschiedener Organsysteme bis hin zum Multiorganversagen führen. Die Beschichtung der inneren Oberfläche der in der Herzchirurgie verwendeten Perfusionssysteme mit Phosphorylcholin (PC) imitiert die Eigenschaften der physiologischen Zellmembran und reduziert die Aktivierung zellulärer und humoraler Bestandteile des Bluts. In der vorliegenden Arbeit wurde in einer prospektiv randomisierten Studie untersucht, ob durch die Beschichtung der inneren Oberfläche des Perfusionssystems mit PC eine reduzierte systemische inflammatorische Reaktion und somit verbesserte Biokompatibilität für den Patienten erreicht werden kann. Hierzu wurden Patienten zur koronarchirurgischen Revaskularisation am kardiopulmonalen Bypass prospektiv in die Studie eingeschlossen und in 2 Gruppen randomisiert. In der einen Gruppe wurde ein mit PC-beschichtetes Perfusionssystem verwendet (PC-Gruppe), während in der Kontrollgruppe ein herkömmliches unbeschichtetes System zum Einsatz kam. In beiden Patientengruppen wurden perioperativ die Plasmakonzentrationen von TNF-α, IL-10 und P-Selektin mittels „Enzyme-Linked Immunosorbent Assay” (ELISA) gemessen. Die Plasmakonzentrationen von Nitrat/Nitrit (NOx) wurden mit Hilfe der Griess-Reaktion bestimmt. Die Plasmakonzentrationen von TNF-α und P-Selektin waren bei Patienten bei denen ein unbeschichtetes System verwendet wurde signifikant höher im Vergleich zu den Patienten bei denen ein PC-beschichtetes System verwendet wurde. In der Kontrollgruppe wurde postoperativ ein Anstieg der IL-10 Plasmakonzentration gemessen, während die Interleukin-10 Konzentration in der PC-Gruppe unverändert blieb. Am ersten postoperativen Tag war die Konzentration von Plasma NOx in der PC-beschichteten Gruppe signifikant erhöht, während sich keine Änderungen der NOx Plasmakonzentration in der Kontrollgruppe feststellen ließen. Im Hinblick auf die prä-und postoperativen klinischen Daten ergaben sich keine signifikanten Unterschiede zwischen der PC-Gruppe und der Kontrollgruppe. Die hier gewonnen Ergebnisse weisen darauf hin, dass die Beschichtung des Perfusionssystems mit Phosphorylcholin die Biokompatibilität erhöht und zu einer Reduktion der postoperativen systemischen inflammatorischen Reaktion bei Patienten zur koronarchirurgischen Revaskularisierung am kardiopulmonalen Bypass führt.

Kann die Gehörknöchelchenkette nicht zufriedenstellend mit körpereigenem Material rekonstruiert werden, stehen dem Ohrchirurgen aktuell verschiedene alloplastische Interpositionsmaterialien wie Metall-, Kunststoff- oder Keramikprothesen zur Verfügung. Die hier untersuchte Bojrab-Prothese besteht zum Großteil aus der Keramik Hydroxylapatit. Die Beimischung von Silikon im Prothesenschaft erlaubt die einfache intraoperative Kürzung mit dem Skalpell und ermöglicht die Anpassung als TORP und als PORP. Nachdem in der Vergangenheit Metaanalysen von gehörverbessernden Operationen durch unterschiedliche Patientenkollektive und kollektivabhängige Erfolgskriterien erschwert waren, konnte in der vorliegenden Arbeit mit den Munich Audio Plots (MAP) eine kollektivunabhängige Methodik zur audiologischen Evaluation von gehörverbessernden Operationen vorgestellt werden. Der MAP-1 kann durch die umfassende Aussagekraft bezüglich Luft-, Knochen- und Schallleitungsänderung bei jeglichen Fragen zu Gehörveränderungen eines Kollektivs genutzt werden, während sich der MAP-2 durch die Berücksichtigung der postoperativen Schallleitungskomponente (SLK) vor allem zur Evaluation von Mittelohroperationen empfiehlt. Mit Hilfe des MAP-1 und des MAP-2 konnte gezeigt werden, dass Patienten, deren Gehörknöchelchenkette mit der Bojrab-Prothese im Sinne einer Tympanoplastik Typ III wieder aufgebaut wurde, unabhängig von zugrunde liegender Pathologie, Kettendefekt und damit einhergehender Operationsmethode nach 6 Monaten eine im Mittel um 11 dB gebesserte Luftleitungsschwelle und eine um 9 dB reduzierte Schallleitungskomponente hatten. Ferner wurde erstmals in einem größeren Kollektiv bei Tympanoplastiken eine signifikante Besse¬rung der Knochenleitungsschwelle beobachtet. Schlussfolgernd konnte damit gezeigt werden, dass die hier erzielten guten audiologischen Ergebnisse im Hauptsprachbereich bis 3 kHz durchaus mit denen der gegenwärtig bevorzugt benutzten Titan-Prothesen vergleichbar sind. Wie die vorliegende Arbeit bestätigt, scheint der Vorteil der leichten Titan-Prothesen vor allem im Frequenzbereich ab 4000 Hz zu liegen, da es dort zu keiner nennenswerten Verstärkung des Schalldrucks durch die schwerere Bojrab-Prothese mehr kommt. Dennoch müssen auch für die Titan-Prothesen Langzeituntersuchungen zeigen, ob deren Biokompatibilität und das jeweilige Prothesendesign stabile funktionelle Ergebnisse über viele Jahre gewährleisten können. Für die Bojrab-Prothese wurde im hier beschriebenen Kollektiv keine Extrusion im Sinne einer Abstoßungsreaktion beobachtet, und es ist davon auszugehen, dass auch deren Langzeitergebnisse den sehr guten Erfahrungen anderer Autoren mit reinen Hydroxylapatit-Prothesen entsprechen. Zusammenfassend hat sich die kombinierte Keramik-Kunststoff-Prothese nach Bojrab durch die einfache Anwendung als TORP oder PORP, die sehr gute Biokompatibilität und die guten audiologischen Resultate im klinischen Alltag bewährt, so dass sie zur Rekonstruktion der Gehörknöchelchenkette empfohlen werden kann.

Das DALI- Verfahren zeichnet sich vor allem durch seine einfache Handhabung und seine Kompatibilität zu Vollblut gegenüber anderen LDL- Apherese Verfahren aus. Die bisher in Studien untersuchten und herstellerseitig zugelassenen Blutflussraten von 60 und 80 ml/min führen in der Regel zu einer Behandlungsdauer pro Behandlung von etwa 2 Stunden. Die hier vorgelegte Studie sollte nun klären, inwieweit es möglich ist die Behandlungsdauer durch Erhöhung der Blutflussrate auf 120, 160, 200 und 240 ml/min zu verkürzen. Die Sicherheit, Biokompatibilität, Selektivität und Effektivität der LDL-C und Lp(a) Reduktion stellten in diesem Zusammenhang die zu untersuchenden Faktoren dar. Das Patientengut bestand aus 13 Patienten mit chronischer Hypercholesterinämie und symptomatischer Atherosklerose die in 7 verschieden Zentren deutschlandweit rekrutiert wurden und über einen bestehenden AV-Shunt verfügten und bereits schon mit dem DALI- Verfahren behandelt worden waren. Das mittlere LDL-C vor Beginn der Behandlungen betrug 162 ± 42 mg/dl. Die Behandlung mit DALI erfolgte wöchentlich. Für jede Blutflussrate waren 3 Anwendungen mit derselben Flussrate geplant, welche von 60 auf 80, 120, 160, 200 und 240 ml/min gesteigert wurden. Das Antikoagulationsschema bestand in einer reinen ACD-A Applikation bei 60 ml/min (heparinfrei) und einer Kombination aus einem Heparinbolus und einer kontinuierlichen ACD-A Infusion mit 2.66 ml/min während der übrigen Flussraten. Die klinische Verträglichkeit und Sicherheit des DALI Verfahrens war hoch. Die klinisch-chemischen Routineparameter sowie die zellulären und nichtzellulären Blutkomponenten zeigten keine signifikanten Veränderungen. Lediglich während 26 der 201 Behandlungen kam es zu leichten klinischen Nebenwirkungen die zu keiner ernsthaften Gefährdung der Patienten führten. Die Reduktion des bestimmten LDL-C betrug durchschnittlich 73%, 66%, 57%, 52%, 51%, 47% bei Qb = 60, 80, 120, 160, 200, 240 ml/min. Die mittlere Reduktion des Lp(a) lag bei 68%, 67%, 62%, 60%, 58%, 56% während die Reduktion von Selektivitätsparametern, wie dem HDL-C, Protein, Albumin und den Immunglobulinen G und M, £ 17% betrug. Durch die Erhöhung der Flussrate konnte die Dauer der Behandlung von Initial 142 Minuten bei Qb = 60 ml/min auf 83 bzw. 45 Minuten bei Qb = 120 bzw. 240 ml/min gesenkt werden. Die Daten der hier vorgelegten Studie implizieren, dass eine sichere und effektive Anwendung des DALI- Verfahrens mit Blutflussraten von bis zu 120 ml/min möglich ist. Die signifikante Senkung der Behandlungsdauer von 142 auf 83 Minuten entspricht dabei einer Zeitersparnis von 42%. Außerdem ist es möglich, das DALI- Verfahren bei 60 ml/min heparinfrei durchzuführen.

Bone integration and biocompatibility of a new bioresorbable polymer for screw augmentation in the osteosynthesis of osteoporotic cancellous bone: The surgical treatment of an osteoporosis-associated fracture is a clinically relevant problem, which yet has no satisfactory solution. The fixation of conventional implants is limited because of the reduced bone density in osteoporotic bones. To ensure stable fixation compound osteosynthesis has been used since the 1950s. Polymethylmethacrylate (PMMA) is the most commonly used bone cement in reconstructive medicine because of its excellent mechanical properties. However, compound osteosynthesis also has some disadvantages. The local exothermic polymerization as well as the release of toxic residual monomers can cause damage to the surrounding tissue. PMMA is also not resorbable, and therefore surgeries using PMMA are irreversible. An ideal absorbable bone cement must meet many biochemical requirements and also provide sufficient mechanical stability. Two critical requirements are long-term biocompatibility, and an absorption rate that corresponds with the reestablishment of the physiologic bone stability. The aim of this study was to investigate different variations of a new resorbable bone cement developed on an alkylene bis(dilactoyl)-methacrylate basis in terms of long-term biocompatibility, degradation and mechanical reinforcement in a sheep model. Further, the suitability of ovarectomized sheep as osteoporotic large animal model was verified for investigation of biomaterial. In this study osteoporosis was generated in sheep by an ovarectomy followed by 6 months of glucocorticoid injections. The control group received no treatment. Two screws were implanted in the cancellous bone in the distal femur and proximal tibia in both groups. The screws were fixed in the bones with variations of the new bone cement. In each group, three screw fixation techniques were investigated: augmented with the new polymers, augmented with PMMA, or not augmented. The ovarectomized sheep were sacrificed after eight weeks (short-term group). The control sheep (long-term group) were sacrificed after six months. Histology results confirmed the biocompatibility of the non-augmented screws as well as the screws augmented with PMMA in both the short- and long-term group. Histology of the cancellous bone showed physiologic remodeling zones. The new polymers were homogenous after eight weeks, with no signs of degradation. The polymer was well distributed in the cancellous bone, but there were no signs of osseous integration of the cement. Only a small number of inflammatory cells were present. However, a significant inflammatory response with macrophages, giant cells and erythrocytes was observed six months after implantation. Massive osteolysis was seen and in some cases so severe that the screw was loose. The degradation kinetics of the new polymers were unsatifactory, because there was no decrease in the volume of the applied bone cement after six months. There is no definitive answer as to what caused the foreign body reaction. Most likely several factors played a role, such as cytotoxicity of the degradation products, particles were broken off and the increased osmotic pressure within the implantation site. The inflammatory reaction and the degree of osteolysis depended without a doubt on the concentration of the polymer. The macroscopic and histologic changes in the osseous implantation site were consistent with the biomechanical results. The mechanical strength of the screws fixation of the new polymers measured by pullout force was significantly less at both eight weeks and six months compared to the screws in the control group. The screws fixed with the new polymer lacked osseous integration and also had poor biocompatibility. Therefore, the new polymers do not meet the requirements for clinical use. The use of ovarectomized sheep treated with glucocorticoids proved to be a suitable animal model for investigating biomaterials in osteoporosic bone. The density of the cancellous bone in the extremities was significantly decreased, compared to the control animals.

In der Zellbiologie leisten Elastizitätsmessungen auf der Submikrometerskala an lebenden Zellen wichtige Beiträge zur Aufklärung von Fragen der Zellmechanik. Vor diesem Hintergrund wurde in dieser Arbeit die Methode der Elastizitätsmessung mit dem Rasterkraftmikroskop (AFM) erweitert, um quantitative Elastizitätsuntersuchungen auch an äußerst weichen dünnen Proben durchführen zu können. Die diskutierten Proben sind dabei mit einem Elastizitätsmodul von einigen Kilopascal extrem weich und haben gleichzeitig eine Dicke von lediglich einigen 100 Nanometern. Bisherige Analysemethoden der Elastizitätsmessungen basierten meist auf dem sogenannten Hertzmodell: einem theoretischen Modell, das zum einen nur die Eindrückung in äußerst dicke Proben beschreibt und zum anderen lediglich von der AFM-Spitze abweichende Stempelgeometrien beinhaltet. Mit dem Hertzmodell berechnete Elastizitätswerte mußten daher stets als Näherung verstanden werden. Für die Analyse elastischer Eigenschaften mit dem AFM ist die genaue Kenntnis der mechanischen Wechselwirkung zwischen AFM-Spitze und Probe von zentraler Bedeutung. Diese wurde mit der Finite-Elemente-Methode (FEM) untersucht, indem die vollkommen elastische Eindrückung der AFM-Spitze in gummielastische Proben simuliert wurde. Hierbei wurde insbesondere der Einfluß der Probendicke und der Geometrie des eindrückenden Stempels auf das Kraft-Eindrückungsverhalten charakterisiert. Mit Hilfe der FEM konnte gezeigt werden, daß im Falle dünner Proben zwei unterschiedliche Ursachen bei der Analyse der Elastizitätsmessungen durch das Hertzmodell, zu einem systematischen Überschätzen des berechneten Elastizitätsmoduls führen: Einerseits die vom Hertzmodell abweichende Geometrie der AFM-Spitze und andererseits die geringe Probendicke. Letzteres führt zur Detektion des harten Substrates im Kraft-Eindrückungsprozeß. Erst bei einer Probendicke von über 1,5 µm führt das Hertzmodell bei den untersuchten weichen Proben und Auflagekräften von unter 1 nN nur noch zu geringen Abweichungen in der Elastizitätsanalyse. Dagegen ist mit dem Hertzmodell eine exakte Bestimmung der Topographie selbst extrem weicher Proben mit geringer Dicke möglich. Dazu wird der Kontaktpunkt im Kraft- Eindrückungsprozeß mittels Hertzmodell berechnet. Die Höhe der Probe wird dabei geringfügig unterschätzt, die Abweichung bewegt sich in der Größenordnung des Radius der AFM-Spitze. Zur Verbesserung der Elastizitätsanalyse wurde mit Hilfe simulierter Kraft-Eindrückungskurven eine parametrische Erweiterung des Hertzmodells entwickelt, welche sowohl die Geometrie der AFM-Spitze als auch die Dicke der Proben berücksichtigt. Das Parametrische Modell wurde für Probendicken unter 1 µm optimiert. Es ermöglicht nun die Bestimmung des Elastizitätsmoduls unabhängig von der Dicke der Probe, wodurch die Methode der Elastizitätsmessung mittels AFM deutlich verbessert werden konnte. Im Falle von homogenen Materialien ermöglicht das Parametrische Modell eine exakte Bestimmung der Dicke und des Elastizitätsmoduls der Probe. Außerdem sind mit Hilfe des Parametrischen Modells feinste Inhomogenitäten der Probe detektierbar. So ist es gelungen in Gelatinekeilen von lediglich einigen 100 nm Dicke noch tiefenabhängige Elastizitätsveränderungen aufzuspüren. Die parallele Anwendung des Hertzmodells und des Parametrischen Modells erlaubt nun auch bei inhomogenen Materialien sowohl eine exakte Bestimmung von Topographie als auch der Elastizität weicher Oberflächenschichten. Als Anwendungsbeispiel von Zellelastizitätsmessungen wurde das Adhäsionsverhaltens von Osteoblasten auf verschiedenen Substratmaterialien charakterisiert. Das Adhäsionsverhalten einzelner Zellen auf den verschiedenen Substraten wurde dabei aus den resultierenden Unterschieden in Elastizität und Morphologie der Zellen beurteilt. Diese Methode ermöglicht einen neuen Zugang zur Untersuchung der Biokompatibilität der Substratmaterialien auf zellulärer Ebene in vitro. An aktiven Herzmuskelzellen wurde das AFM zur Detektion der mechanischen Kontraktion der Zellen verwendet. In einem konfluenten Rasen synchronisiert pulsierender Zellen konnte die Veränderung der Pulsamplitude mit der lateralen Verschiebung von Kontraktionszentren korreliert werden. In den Kontraktionszentren erfolgt dabei ein Anheben (positive Amplitude) in den passiven Zwischenbereichen dagegen ein Absenken der Zelloberfläche (negative Amplitude). An aktiven Einzelzellen ist es erstmalig gelungen die Kontraktion als Funktion des Ortes zu messen. Als Parameter mit der geringsten Schwankung und damit möglicherweise als charakteristisch für die individuelle Zelle haben sich die Halbwertsbreite und Anstiegszeit der Pulse erwiesen. Durch Variationen der Auflagekraft konnten Einzelzellen gezielt belastet und deren Leistungsvermögen abgeschätzt werden. Die Zellen konnten dabei Kräfte bis zu 300 nN anheben und erreichten eine Mindestleistung von bis zu 0,5 pW.