Lebenslauf - Life Science Nord

Quantitative Elementanalytik am Knochen-Implantat-Interface (V)
Björn Busse, Zentrum Biomechanik UKE, Zentrum für Operative Medizin
Universitätsklinikum Hamburg-Eppendorf, Martinistrasse 52, 20246 Hamburg
b.busse@uke.uni-hamburg.de; Tel. 040-42803-6366
Ziel
Alle orthopädischen Implantate unterliegen, in Abhängigkeit von ihrer Funktion und Verweildauer
im Organismus, Alterungs- sowie Verschleißprozessen. Dabei gelangen Implantatbestandteile
in das Umgebungsgewebe und es kommt zu Wechselwirkungen zwischen Implantat
und Organismus. Größere Partikel (wie z.B. Polyethylen) sind in histologischen Präparaten gut
erkennbar. Die Identifizierung sehr kleiner Verschleißpartikel ist dagegen problematisch. Elementanalysen
der Partikel sind bisher nur mit aufwendigen Techniken an kleinen Probenzahlen
und/oder begrenzten Arealen möglich; eine gezielte histologische Zuordnung der Befunde
kann meistens nicht erfolgen. Aus diesem Grund wurde der Versuch unternommen, eine zerstörungsfreie
Methode zu etablieren, die es ermöglicht, die mittels Mikroanalytik gewonnenen
Befunde direkt histologischen Strukturen zuzuordnen, um die Gewebe- und Knochenkonstitution
im Implantat-Bereich zu bewerten.
Methoden
Zur Entwicklung der Methode wurde ein Spektrum an Techniken verwendet, dass Ultra-
Dünnschlifftechnik-Histologie, Blockpräparation, Dunkelfeld-Mikroskopie kombiniert mit Rasterelektronen-Mikroskopie,
Proton Induced X-Ray Emission, Elektronendispersiver Mikroanalytik
sowie Mikro-Röntgen-Fluoreszenz-Analytik umfasst. Damit konnte eine Methode erarbeitet
werden, die sowohl histologische als auch mikroanalytische Untersuchungen von Degradationsprodukten
im Gewebe zerstörungsfrei ermöglicht. Dabei wurde das periprothetische Gewebe
speziell auf Legierungsbestandteile der jeweiligen Prothesen untersucht (Chrom, Kobalt,
Molybdän). Die Methode wurde im Rahmen des Projektes bei 5 humanen Oberschenkelpräparaten
angewendet.
Ergebnisse
Verschleißpartikel sind ungleichmäßig im Gewebe verteilt. Intrazellulär findet sich überwiegend
Zirkonium aus dem Knochenzement (Röntgenkontrastmittel). Metallische Verschleißpartikel
lassen sich mit der eingesetzten Methode in Zellen nur vereinzelt detektieren. Im mineralisierten
Knochengewebe konnten dagegen hohe Kobalt-Anreicherungen von bis zu 500 ppm gemessen
werden. Entsprechend der Legierungszusammensetzung konnten die Anteile Chrom
und Molybdän nicht nachgewiesen werden.
Schlussfolgerung
Mit der vorgestellten Methode konnte erstmals gezeigt werden, dass lokale Einlagerungen von
Implantat-Legierungsbestandteilen in das mineralisierte Knochengewebe erfolgen. Es ist zu
prüfen, ob Schwermetall-Belastungen der Knochenmatrix zu Veränderungen im Interface-
Bereich führen und in Verbindung zu Lysezonen im periprothetischen Raum stehen. Sollte sich
herausstellen, dass die Deposition von Legierungs-Bestandteilen im Knochengewebe die Implantatstandzeit
limitiert, gewinnt die Tendenz, Titanimplantate zu verwenden oder Implantate
mit entsprechenden Oberflächenmodifikationen (z.B. TiN-Behandlung) zu versehen, an Bedeutung.
Bis allerdings fundierte Aussagen über die Auswirkungen der Deposition von Implantat-
Legierungselementen in die Knochenmatrix möglich werden, sind zunächst die Ergebnisse
weiterer Untersuchungen abzuwarten.
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