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In vitro Untersuchung der Fibroblastenadhäsion und -proliferation an oberflächenmodifizierten Titanwerkstoffen

by Richard, Matthias

Abstract (Summary)
Ein in der chirurgischen Implantologie nicht gelöstes Problem ist die mangelhafte Versiegelung von Implantaten, die Haut und Weichgewebe penetrieren, sogenannte Hautdurchleitungen. Infolgedessen kommt es hier zu rezidivierenden oder chronischen periimplantären Entzündungen. Ziel der Studie war es, ein in-vitro Modell zu entwickeln, mit dem es möglich ist, die Adhäsion und Proliferation von Fibroblasten an unterschiedlich oberflächen- veränderten Titanwerkstoffen zu untersuchen. Verwendet wurden polierte, sand- und glaskugelgestrahlte, Kollagen-A- und Silikon- beschichtete Titanplättchen. Die Hälfte dieser Plättchen wurde noch zusätzlich mit dem Radio-Frequency-Glow-Discharge-Verfahren (RFGDT) physikalisch vorbe- handelt. Somit ergaben sich insgesamt 10 Oberflächenmodifikationen. Die ober- flächenveränderten Titanplättchen wurden in Wells einer 96er Mikrotiterplatte ein- gebracht. Anschließend wurden die Wells mit Nährstofflösung aufgefüllt und mit 1 x 104 Fibroblasten (humane Fibroblasten) beschickt. Der Kultivierungszeitraum zur Austestung der Zelladhäsion betrug 12 Stunden, für die Proliferation 72 Stunden. Nach Ablösen der Fibroblasten von den Titanträgern erfolgte die Zellzählung in der Neubauer-Zählkammer. Die quantitativ gewonnenen Ergebnisse wurden mathematisch-statistisch aufgearbeitet. Parallel zu jedem Versuchsdurchgang wurde der Zellbewuchs auf jeweils zwei Titanplättchen pro Oberflächenart rasterelektronenmikroskopisch qualitativ analysiert und deskriptiv-statistisch anhand eines eigens entwickelten Scores (Werte 1 - 7) ausgewertet. Das RFGD-Verfahren erwies sich bezüglich der Adhäsion bei sand- und kugelgestrahlten sowie bei Kollagen-A-bschichteten Trägern den physikalisch unbehandelten überlegen. Für polierte Titanträger ließ sich keine Aussage treffen, bei Silikon-beschichteten Trägern war das RFGDT von Nachteil. Fibroblasten adhärierten am besten an polierten, physikalisch unbehandelten Titanwerkstoffen. An Silikon-beschichteten Trägern kam es zur geringsten Fibroblastenanhaftung. Bezüglich des Gesamteffektes von Adhäsion und Proliferation, also nach 72-stündiger Zellkultivierung, ergab sich eine deutliche Überlegenheit der polierten und Kollagen-A-beschichteten Oberflächen, die physikalisch mit dem RFGD-Verfahren vorbehandelt waren. Auch hier wiesen die Silikon-beschichteten Träger den geringsten Fibroblastenbewuchs auf. Überdies erwies sich, dass eine schlechtere Adhäsion durch verbesserte Proliferation der Fibroblasten wett gemacht werden kann und vice versa. In der REM ließ sich an den polierten Titanplättchen eine nahezu perfekte Anpassung der Fibroblasten an die Werkstoffoberflächen nachweisen. Mit Hilfe der qualitativen rasterelektronenmikroskopischen Befunde lässt sich jedoch nur das zu erwartende Ausmaß der Zelladhäsion prognostizieren. Hinsichtlich der Fibroblastenproliferation kommt es zwischen qualitativ und quantitativ ermittelten Resultaten zu teilweise deutlichen Unterschieden. Der Vergleich der gewonnenen Resultate mit den Ergebnissen einer Studie der Keratinozytenadhäsion und -proliferation an identischen Werkstoffoberflächen zeigt, dass beide Zellspezies, Fibroblasten und Keratinozyten, gleichermaßen den besten Bewuchs an Kollagen-A-dotierten und physikalisch vorbehandelten Oberflächen aufweisen. Während jedoch Fibroblasten an polierten Titanwerkstoffen das beste Adhäsions- und Proliferationsverhalten zeigen, kommt es an diesen Oberflächen zum geringsten Keratinozytenbewuchs. Andererseits zeigen Fibroblasten an Silikon- beschichteten Werkstoffen das signifikant schlechteste Wachstum, wohingegen Silikon-beschichtete gegenüber sandgestrahlten Titanoberflächen für Keratinozyten von Vorteil sind. Zwecks Überprüfung der in vitro gewonnenen Resultate ist eine Versuchsreihe mit Kollagen-A-beschichteten Titanwerkstoffen am lebenden Organismus erforderlich. Es ist nicht auszuschließen, dass es in vivo aufgrund der Komplexität und Variabilität an Einflussgrößen noch zu deutlichen Abweichungen von den in vitro ermittelten Ergebnissen kommen kann. Zudem fallen die hier gewählten Kultivierungszeiträume beim lebenden Organismus in die Periode der Entzündungsphase, welche der Implantation eines Biomaterials folgt. Auch die hier vorgestellte Studie belegt, dass das Design eines idealen Implantats für jede Zellpopulation, mit welcher der Werkstoff in Berührung kommt, eine spezifische Oberflächentextur erfordert.
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Bibliographical Information:

Advisor:

School:Humboldt-Universität zu Berlin

School Location:Germany

Source Type:Master's Thesis

Keywords:Medizin Medizin

ISBN:

Date of Publication:10/15/2002

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