Publikationsdatenbank

Vergleich der Fremdkörperantwort auf permanente Implantate und bioresorbierbare reine Magnesiumimplantate mittels Durchflusszytometrie im Rattenmodell (2019)

Art

Hochschulschrift

Autor

Jungmann, Marie-Christin (WE 2)

Quelle

Berlin, 2019 — X, 156 Seiten

ISBN: 978-3-86345-478-4

Verweise

URL (Volltext): https://refubium.fu-berlin.de/handle/fub188/24642

Kontakt

Institut für Veterinär-Physiologie

Oertzenweg 19 b
14163 Berlin
+49 30 838 62600
physiologie@vetmed.fu-berlin.de

Abstract / Zusammenfassung

Das Ziel dieser Arbeit war die durchflusszytometrische Untersuchung der Fremdkörperantwort (FBR) nach Implantation von reinem Magnesium (Mg) im Vergleich zu den permanenten Biomaterialien Polyetheretherketon (PEEK) und Polystyrol (PS). Es sollte erstmals die FBR auf reines Magnesium im zeitlichen Verlauf beschrieben und detailliert dargestellt werden, wobei der Einfluss der In-vivo-Korrosion auf die lokale Immunantwort zu berücksichtigen war. Hierfür wurden die Aufarbeitung und die durchflusszytometrische Analyse der Fremdkörperkapsel im Tiermodell Ratte etabliert. Zusätzlich sollten systemische Effekte nach Implantation der Materialien mittels Durchflusszytometrie in Blut und Milz untersucht werden. In 108 weibliche Lewis Ratten wurden unter Allgemeinanästhesie jeweils vier zylindri-sche Implantate (Durchmesser 8 mm, Höhe 2 mm) eines Materials (PEEK, PS, Mg) nach einer präoperativen Blutentnahme implantiert. Dabei erhielt jedes Tier zwei subkutane und zwei intramuskuläre Implantate. Am 1., 3., 7., 14., 21. und 28. post-operativen Tag erfolgte unter erneuter Allgemeinanästhesie eine finale Blutentnahme mit anschließender Euthanasie der Tiere (n = 6 je Material und Zeitpunkt). Danach wurden die Milz sowie die Implantate mit der umgebenden Fremdkörperkapsel entnommen. Zusätzlich wurden Gewebeproben aus der unmittelbaren Umgebung der Fremdkörperkapseln zum Ausschluss einer bakteriellen Kontamination mittels quantitativer Echtzeit-Polymerase-Kettenreaktion (RTQ-PCR) asserviert. Für die durchflusszytometrische Untersuchung wurden aus Milz, Fremdkörperkapsel sowie den präoperativen und finalen Blutproben vitale Einzelzellsuspensionen gewonnen und mit Fluorochrom-gekoppelten Antikörpern gefärbt. Es wurde jeweils ein spezifisches Antikörper-Panel für Blut/Milz und Fremdkörperkapsel etabliert und verwendet. Die Validierung der durchflusszytometrischen Analyse erfolgte mittels Zellsortierung, Zytozentrifugation und histologischer Färbung. Für die Mg-Implantate wurde nach Entfernen der Korrosionsprodukte die In-vivo-Korrosionsgeschwindigkeit anhand des Masseverlustes bestimmt. Die statistische Analyse der Zeitpunkt- und Materialgrup-penvergleiche in Blut, Milz und Fremdkörperkapsel umfasste eine zweifaktorielle Varianzanalyse, paarweise Vergleiche und eine Bonferroni-Holm-Prozedur. Mithilfe der etablierten durchflusszytometrischen Analyse konnten die charakteristischen Leukozytenpopulationen der FBR in der Fremdkörperkapsel identifiziert und quantifiziert werden. Es zeigte sich der typische zeitliche Verlauf der FBR für alle drei Biomaterialien mit einer initialen Dominanz von neutrophilen Granulozyten begleitet von einer zunehmenden Rekrutierung von Monozyten/Makrophagen in die Implantatumgebung. Während der chronischen Entzündungsreaktion und der Fremdkörperreaktion dominierten ein- und mehrkernige Makrophagen sowie T-Lymphozyten in der Fremdkörperkapsel. Signifikante Unterschiede zwischen Mg und den permanenten Polymeren wurden ausschließlich nach subkutaner Implantation und nur für folgende Zellpopulationen aufgefunden: erhöhter Anteil der CD4-negativen Monozyten/Makrophagen an der Gesamtleukozytenzahl (Tag 1 und 3), erhöhter Anteil der Mastzellen/NK-Zellen an den lebenden Leukozyten (Tag 7 und 14) sowie verringerter Anteil der späten ein- und mehrkernigen Makrophagen an der Gesamtleukozytenzahl (Tag 14 und 28). Die analysierten Zellpopulationen in den finalen Blutproben befanden sich nach Implantation von PEEK, PS und Mg über den gesamten Untersuchungszeitraum jeweils innerhalb des studieninternen Referenzbereiches (präoperative Blutproben). Die Materialgruppenvergleiche der Blutproben ergaben keine Unterschiede. In der Milz zeigten sich für die untersuchten Leukozytenpopulationen keine wesentlichen Unterschiede zwischen den Zeitpunkten und den Implantatmaterialien. Während der ersten vier Wochen nach Implantation korrodierte Mg in vivo mit einer niedrigen Korrosionsgeschwindigkeit begleitet von einer klinisch nicht relevanten Gasansammlung an der Implantationsstelle. Eine bakterielle Kontamination der Kapselproben wurde durch die RTQ-PCR ausgeschlossen. Zusammenfassend riefen die drei Implantatmaterialien PEEK, PS und Mg eine ver-gleichbare, milde lokale Immunantwort im untersuchten Zeitraum an beiden Implantat-lokalisationen hervor. Die subkutan aufgefundenen materialspezifischen Effekte der Mg-Implantate besaßen nur eine geringe Relevanz. Eine systemische Immunantwort infolge der Implantation konnte ausgeschlossen werden. Folglich hatte die In-vivo- Korrosion der Mg-Implantate im Vergleich zu PEEK und PS keinen verstärkenden Einfluss auf die FBR und verursachte keine systemische Immunantwort. Insgesamt legte die durchflusszytometrische Beurteilung der lokalen und systemischen Effekte nach Implantation eine gute Biokompatibilität von PEEK, PS und Mg nahe. Hierbei stellte die etablierte durchflusszytometrische Analyse ein geeignetes Werkzeug zur Untersuchung der Kinetik der systemischen und lokalen Immunantwort in den ersten vier Wochen nach Implantation von Mg, PEEK und PS im Rattenmodell dar.