Methodenartikel

Biotribologische Prüfung und Analyse von Gelenkknorpel gleiten gegen Metall für Implantate

DOI:

10.3791/61304

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14. Mai 2020

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1Faculty of Health and Medicine, Department for Health Sciences, Medicine and Research, Center for Regenerative Medicine, Danube University Krems, 2Department of Orthopedics and Traumatology, LK Baden-Mödling-Hainburg, 3AC2T research GmbH

In diesem Artikel

Zusammenfassung

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Dieses Protokoll beschreibt die Vorbereitung, biotribologische Prüfung und Analyse von Osteochonderzylindern, die gegen Metallimplantatmaterial gleiten. Ergebnismaßnahmen, die in diesem Protokoll enthalten sind metabolische Aktivität, Genexpression und Histologie.

Zusammenfassung

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Osteochondrale Defekte bei Patienten mittleren Alters könnten mit fokalen metallischen Implantaten behandelt werden. Zunächst für Defekte im Kniegelenk entwickelt, sind nun Implantate für Schulter, Hüfte, Knöchel und das erste metatarsalphalangeal Gelenk erhältlich. Bei der Schmerzlinderung und klinischen Verbesserung werden bei vielen Patienten progressive degenerative Veränderungen des gegnerischen Knorpels beobachtet. Die Mechanismen, die zu diesem Schaden führen, sind nicht vollständig verstanden. Dieses Protokoll beschreibt ein tribologisches Experiment zur Simulation einer Metall-auf-Knorpel-Paarung und einer umfassenden Analyse des Gelenkknorpels. Metallimplantatmaterial wird an Rinderosteochondralzylindern als Modell für den menschlichen Gelenkknorpel getestet. Durch die Anwendung unterschiedlicher Lasten und Gleitgeschwindigkeiten können physiologische Belastungsbedingungen nachgeaht werden. Um eine umfassende Analyse der Auswirkungen auf den Gelenkknorpel, Histologie, metabolische Aktivität und Genexpressionsanalyse zu ermöglichen, werden in diesem Protokoll beschrieben. Der Hauptvorteil der tribologischen Tests besteht darin, dass die Belastungsparameter frei eingestellt werden können, um in vivo-Bedingungen zu simulieren. Darüber hinaus können verschiedene Testlösungen verwendet werden, um den Einfluss von Schmier- oder Entzündungsmitteln zu untersuchen. Durch die Verwendung von Genexpressionsanalysen für Knorpel-spezifische Gene und katabole Gene könnten frühe Veränderungen im Stoffwechsel von Gelenkchdrozyten als Reaktion auf mechanische Belastung nachgewiesen werden.

Einleitung

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Die Behandlung von Osteochonderdefekten ist anspruchsvoll und erfordert in vielen Fällen eine Operation. Bei fokalen osteochondralen Läsionen bei Patienten mittleren Alters sind fokale metallische Implantate eine praktikable Option, insbesondere nach dem Scheitern der Primärbehandlung, wie Knochenmarkstimulation (BMS) oder autologe Chondrozytenimplantation (ACI)1. Teilweiser Oberflächenersatz kann als Bergungsverfahren betrachtet werden, die Schmerzen reduzieren und den Bewegungsbereich verbessern können2. Diese Implantate bestehen in der Regel aus einer CoCrMo-Legierung und sind in verschiedenen Größen und Offset-Konfig....

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Protokoll

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1. Herstellung von Metallzylindern

  1. Analysieren Sie zylindrische Kobalt-Chrom-Molybdän-Stäbe (CoCrMo), die die Standardspezifikationen für chirurgische Implantate für ihre chemische Zusammensetzung erfüllen, indem Sie die Rasterelektronenmikroskopie (SEM) mit energiedispersiver Röntgenspektroskopie pro Herstellerprotokoll zur Bestätigung der bereitgestellten Werte verwenden.
    HINWEIS: Die elementare Zusammensetzung der CoCrMo-Legierung, die für dieses Experiment verwendet wird, beträgt 65% Co, 28% Cr, 5% Mo und 2% andere.
  2. Nass mahlen die Proben mit Siliziumkarbid-Schleifpapier ab einer Korngröße von 500. Verwenden Sie Schleifpapier in erhöhter Rei....

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Ergebnisse

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Die Kontaktfläche und der Kontaktdruck müssen mit einem Druckmessfilm bestätigt werden (Abbildung 1). Physiologische Belastungsbedingungen können durch Vergleich mit Referenzaufdrucken für definierte Kontaktdrücke bestätigt werden. Während der Prüfung wird der Reibungskoeffizient ständig überwacht. Bei einer wandernden Kontaktfläche kann ein niedriger Reibungskoeffizient für mindestens 1 h aufrechterhalten werden (Abbildung 2). Mit Safranin O Färbung kann die ex.......

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Diskussion

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Fokale metallische Implantate stellen ein Bergungsverfahren für Osteochonderdefekte dar, insbesondere bei Patienten mittleren Alters und nach fehlgeschlagener Primärbehandlung. Obwohl klinische Studien vielversprechende kurzfristige Ergebnisse zeigten, ist eine beobachtete Komplikation eine Schädigung des gegnerischen, nativen Knorpels10. Kadaver und biomechanische Studien zeigen eindeutige Beweise dafür, dass eine richtige Implantation mit flacher oder leicht versenkter Positionierung den natürli.......

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Offenlegungen

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Die Autoren erklären, dass sie keine konkurrierenden Interessen haben.

Danksagungen

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Diese Forschung wurde von NÖ Forschungs- und Bildungsges.m.b.H. gefördert. und die Landesregierung Niederösterreichs durch die Life Science Calls (Projekt-ID: LSC15-019) und das österreichische COMET-Programm (Projekt K2 XTribology, Grant-Nr. 849109).

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Materialien

Liste der in diesem Artikel verwendeten Materialien
NameUnternehmenKatalognummerKommentare
Amphotericin BSigma? Aldrich Chemie GmbHA-2942-100ML
gepufferte Formaldehydlösung 4%VWR97131000
Cell Proliferation Kit II (XTT)Roche Diagnostics11465015001XTT-basierter ex vivo Toxikologie-Assay
CoCrMo-RohstoffAcnis InternationalCoCrMo-Stäbchen mit einem Durchmesser von 6 mm
CryoStar NX70 KryostatThermo Fischer ScientificKryosektionsgerät
Dimethylsulfoxid (DMSO)Sidma-Aldrich ChemieD 2438-10ML
Dulbecco' s modifizierter Eagle" s mittleresSigma? Aldrich Chemie GmbHmittleres
fötales RinderserumGibco
HyaluronsäureAnika Therapeutics Inc.Bestandteil der Schmierlösung
iCyclerBioRadThermocycler
Leica Mikroskop DM?1000LeicaMikroskop für die Histologie
LightCycler 480 SiegelfolieRoche Diagnostics
LightCycler 96Roche DiagnosticsThermocycler für PCR
MagNA Lyser Green BeadsRoche Diagnostics
Osteochondral Autograft Transfer System (OATS)Arthrex Inc.Schneidrohr zur Entnahme von osteochondralen Zylindern
OsteosoftMerck1017279010Entkalker-Lösung
Penicillin /StreptomycinSigma? Aldrich Chemie GmbHP4333-100ML
Phosphat gepufferte KochsalzlösungSigma? Aldrich Chemie GmbHPBS
Prescale NiederdruckFujifilmDruckanzeigefolie
RNeasy Fibrous Tissue KitQIAGEN74404
Synergy 2BioTek InstrumentsPlattenleser
Tetra? Falex MUSSFalex TribologieTribometer
Gewebe? Tek O.C.T.SAKURA4583Einbettungsformulierung
Transkriptor Erststrang cDNA-SynthesekitRoche Diagnostics40897030001
β-MercaptoethanolSidma-Aldrich ChemieM3148
3358941001

Referenzen

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  1. Zengerink, M., Struijs, P. A. A. A., Tol, J. L., van Dijk, C. N. Treatment of osteochondral lesions of the talus: a systematic review. Knee Surgery, Sports Traumatology, Arthroscopy. 18 (2), 238-246 (2009).
  2. Aurich, M., et al.

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Schlagwörter

Metall auf Knorpeltribologische Pr fungreziprok arbeitendes TribometerDruckmessfilmhistologische Analysemetabolische Aktivit tGenexpressionsanalyseSafranin O F rbungXTT Assay

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