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Titelaufnahme

Titel
Effect of surface functionalized titanium implants with sustained release characteristics of strontium in healthy and osteoporotic bone conditions "in vivo" investigations / Vincent Offermanns
VerfasserOffermanns, Vincent
Begutachter / BegutachterinLethaus, Bernd ; Schmölz, Werner
GutachterRasse, Michael
Erschienen2015
UmfangXV, 104 Bl. : Ill., graph. Darst.
HochschulschriftInnsbruck, Med. Univ., Diss., 2015
Datum der AbgabeFebruar 2015
SpracheEnglisch
Bibl. ReferenzOeBB
DokumenttypDissertation
Schlagwörter (DE)Kontrollierte Freisetzung / Ovariektomie / Osseointegration / Implantat / Titan / In vivo
Schlagwörter (EN)Strontium / sustained release / ovariectomized / osseointegration / implant / titanium / in vivo
Schlagwörter (GND)Implantat / Titan / Strontium / Freisetzung
URNurn:nbn:at:at-ubi:1-2079 Persistent Identifier (URN)
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Effect of surface functionalized titanium implants with sustained release characteristics of strontium in healthy and osteoporotic bone conditions "in vivo" investigations [3.38 mb]
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Zusammenfassung (Deutsch)

Zielstellung

Aufbauend auf dem Wissen um das osteoinduktive Potential von Strontium (Sr), war das Ziel dieser Studie die Entwicklung einer bioaktiven Implantatoberfläche, welche durch kontrollierte Sr Freisetzung zu einer verbesserten Osseointegration führen soll.

Material und Methode

Verschiedene experimentelle Gruppen wurden mittels Physical Vapor Deposition (PVD) hergestellt und hinsichtlich Zusammensetzung, Morphologie, mechanischer Stabilität und Sr Freisetzungsprofilen evaluiert. In vivo Untersuchungen wurden an gesunden bzw. ovariektomierten weiblichen Wistar Ratten mittels bikortikaler Insertion von funktionalisierten Titanimplantaten in beide Femora bzw. proximale Tibia durchgeführt. Die histomorphometrische Auswertung bezüglich „bone-to-implant contact“ (BIC) und „bone apposition“ (BA) erfolgte nach 30-tägiger bzw. 6-wöchiger Einheilungsphase.

Ergebnisse

Strukturelle Unterschiede, basierend auf Sr Konzentration von 5,2 at.% bis 9,1 at.% in der Oberfläche, wurden festgestellt. Daraus resultierten verschiedene Sr Freisetzungsprofile mit signifikanten Unterschieden innerhalb der experimentellen Gruppen. Die erhöhte Knochenanlagerung und -neubildung in vivo korreliert mit der Höhe des freigesetzten Sr in vitro.

Schlussfolgerung

Die vorgelegten Untersuchungen zeigen den osteoinduktiven Effekt kontrollierter Sr Freisetzung an der Implantatoberfläche auf Knochenneubildung und anlagerung.

Die Entwicklung einer neuen bioaktiven Oberfläche mittels PVD-Coating mit einer prolongierten Freisetzung von Sr ist ein neuer Ansatz zur Verbesserung der Osseointegration mit potentiellen Anwendungsmöglichkeiten in der orthopädischen und dentalen Implantologie.

Zusammenfassung (Englisch)

Objective: Studies have shown that incorporation of strontium (Sr) into implant surfaces may enhance osseointegration. Thus, we suggested that a sustained Sr release from implant surfaces could improve bone healing and thereby accelerate osseointegration. The performed studies evaluate and further investigate the effect of a novel Ti-Sr-O functionalized implant surface prepared from a magnetron co-sputtering platform with a continuous release of Sr and its impact on osseointegration in rodent models with healthy and osteoporotic bone conditions.

Material and methods: Several experimental Ti-Sr-O groups were tested throughout 3 conducted in vivo studies. These groups differed from each other in Sr contents and pre-wash procedures. Implants were prepared with a Ti-Sr-O coating by means of magnetron co-sputtering and compared to an uncoated Grade 4 titanium reference. Composition, morphology and mechanical stability of the coatings were analysed; Sr release data were gained from in vitro washout experiments. In vivo investigations were carried out in rat models and analyzed histologically regarding bone-to-implant contact and new bone formation 30 days and 6 weeks after implantation.

Results: Structural differences were detected between the developed Ti-Sr-O coatings with Sr contents ranging from 5.2 at.% to 9.1 at.%. As a result of the varying Sr contents in the surface different release profiles were observed with significant discrepancy within the experimental groups. The increase in new bone formation in vivo was found to correlate with the amount of Sr released in vitro.

Conclusion: The results show that sputtered Ti-Sr-O coatings with sustained release of Sr may improve osseointegration, and could thus have impact on practical applications for medical devices in orthopedic and dental implantology.