Beschichtung von Titanimplantaten mit dünnen Polymerfilmen zur Anbindung des Wachstumsfaktors BMP2

Lorenz, Corinna

Auf Grund der steigenden Lebenserwartung ist in den nächsten Jahren mit einem Anstieg der Zahl der Erstimplantationen von Hüftendoprothesen zu rechnen. Deren Lebensdauer ist jedoch begrenzt, da in vielen Fällen eine aseptische Prothesenlockerung zum Versagen führt und die Prothese ausgetauscht werden muss. Verantwortlich für die Lockerung ist der aus dem Gelenk stammende Abrieb, der in den Spalt zwischen Implantat und Knochen gelangt und dort eine entzündliche Reaktion hervorruft. Die Anwendung von Bone Morphogenetic Proteins, insbesondere BMP2, kann dabei helfen, das Knochenwachstum zur Implantatoberfläche zu verbessern und somit den Verlust des Implantates zu verhindern. Daher wurde im Rahmen der vorliegenden Arbeit eine Beschichtung entwickelt, mit der BMP2 auf der Implantatoberfläche immobilisiert werden kann. Die eingesetzten Copolymere bestehen aus einem Monomer, das eine oberflächenaktive Phosphonatgruppe trägt, um an das Implantat zu binden, während das andere Monomer eine funktionelle Gruppe enthält, welche in der Lage ist, den Wachstumsfaktor BMP2 kovalent zu binden. Die entsprechenden Copolymere wurden im Rahmen dieser Arbeit synthetisiert und die daraus auf Titansubstraten mittels spin-coating hergestellten Filme mit verschiedenen analytischen Methoden, beispielsweise Ellipsometrie und Photoelektronenspektroskopie, charakterisiert. In Kooperation mit dem Helmholtz-Zentrum für Infektionsforschung wurden anschließend an einigen Filmen in-vitro-Untersuchungen durchgeführt, um die Menge des angebundenen BMP2 zu quantifizieren. Mit einem weiteren Test werden jedoch nur etwa 10 % davon als biologisch aktiv nachgewiesen und bestätigen somit die lediglich geringe Verbesserung des Knochen-Implantat-Kontaktes bei den in Zusammenarbeit mit der Orthopädischen Klinik der Medizinischen Hochschule Hannover durchgeführten in-vivo-Versuchen.

In the last decades, the number of hip joint replacements has considerably increased and will grow further due to the increased life expectancy. However, problems arise from the non- perfect integration of these implants into the bone. Small gaps are remaining between the implant and the bone offering a working surface for bacteria and wear particles which can cause a chronic inflammatory response and finally lead to the failure of the implant. Being the reason for implant loosening, it would be advantageous to prevent this gap and to improve the osseointegration. The application of Bone Morphogenetic Proteins, especially BMP2, is one way to encourage bone growth to the implant surface. Hence a polymeric interlayer is developed to immobilize the BMP2 directly on the implant surface. Copolymers are used as interlayer as they can be synthesized of a monomer which contains a surface active phosphonate group to bind to the implant surface and a comonomer which is able to covalently bind the growth factor BMP2. The resulting copolymers were synthesized during this thesis. Thin layers of these copolymers were prepared on titanium via a spin-coating technique and characterized whith different analytical methods, for example X-ray photoelectron spectroscopy. Some of these films were incubated with BMP2 at the Helmholtz Centre for Infection Research and the amount quantified with an ELISA. However, only 10 % of it are biologically active which confirms the outcome of the in vivo experiment done in cooperation with the orthopaedic surgeons from Hannover Medical School in which only a slight improvement of bone-implant contact could be achieved.

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Lorenz, Corinna: Beschichtung von Titanimplantaten mit dünnen Polymerfilmen zur Anbindung des Wachstumsfaktors BMP2. 2012.

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