Herstellung, biomechanische Prüfung und Integrationsverhalten biologischer Interferenzschrauben aus ossärem Material

ZusammenfassungHintergrundIn der orthopädischen Chirurgie werden selbstauflösende Implantate aus Polyglykolid oder Polylaktid, z.B. zur ossären Fixierung von Kreuzbandimplantaten, regelhaft verwendet. Primäre Vorteile sind eine artefaktfreie Darstellung in Nativröntgenbild oder in der Schnittbilddiagnostik sowie die Vermeidung von Sekundäreingriffen zur Implantatentfernung. Sekundär kann das so genannte „stress-shielding“ zwischen Implantat und Knochen vermieden werden. Allerdings werden auch Fremdkörperreaktionen beobachtet. Ihre Häufigkeit wird in der Literatur mit bis zu 23% angegeben.Bereits in den fünfziger Jahren des letzten Jahrhunderts wurden biologische Schrauben aus Knochenmaterial zur Osteosynthese mit gutem Erfolg angewandt. Ein wesentliches Problem, an dem die klinische Umsetzung letztendlich scheiterte, war die aufwändige mechanische Herstellung der Schrauben und damit einhergehende herstellungsspezifische Probleme.Material und MethodenMit dem Wasserabrasivinjektorstrahl (WAIS) - Verfahren konnten aus boviner Femurkortikalis Knochenzylinder geschnitten und anschließend mit dem für Interferenzschrauben typischen selbstschneidenden Sägegewinde und einer Durchgangsbohrung versehen werden. Vorteile bei diesem Herstellungsprozess sind neben der geringen mechanischen und thermischen Belastung des Materials auch fertigungstechnische Aspekte und die Einhaltung der Sterilitätskette, da das Verfahren im Non-contact-Modus, also berührungsfrei, arbeitet. Die normierte mechanische Testung der so hergestellten Implantate wurde unter Berücksichtigung der ASTM-NormF 1839 [1] durchgeführt. Geprüft wurden das Drehmoment bis zum Versagen der Schraube sowie die Gewindeflankenfestigkeit durch Aufbringen einer axialen Zugkraft (Pull-out-Testung). Die gefertigten biologischen Schrauben erfüllten die ASTM-Normwerte.In einer vergleichenden Studie, mit dem Zielkriterium des Einwachsverhaltens, wurden daher Interferenzschrauben aus xenogenem Knochenmaterial und kommerziell verfügbare Interferenzschrauben aus Poly(L-Lactid) beim Göttinger Miniaturschwein vergleichend getestet. Als wesentliches Merkmal wurden die Schrauben im Maßstab 1:1 getestet.ErgebnisseDie bovinen Knochenschrauben wurden innerhalb des Untersuchungszeitraumes zum Teil vollständig in den Wirtsknochen ossär integriert. Bereits nach 30 Tagen konnten unbestimmt einwachsende Knochenbälkchen in den Schraubenkörper nachgewiesen werden.SchlussfolgerungAufgrund der positiven Erfahrungen mit bovinen Knochenschrauben ist die Verwendung xenogenen bovinen Knochenmaterials zur Herstellung biomechanisch primär gering belasteter Implantate für Osteosynthesen z.B. im Vorfuß- o. Mittelgesichtsbereich möglich.

SummaryBackgroundInterference screws are state of the art of bone-tendon-bone fixation in anterior-cruciate-ligament (ACL) reconstruction. These screws normally consist of materials like different polylactic acids because of their biodegradability. In this paper our first investigation of machining interference screws made of bovine bones by means of an abrasive waterjet is presented. The material bone as an implant has the advantage to be resorbed and replaced by new own bone tissue.Material and methodsIn this paper it is shown that an abrasive waterjet is able to machine the whole interference screw's geometry with different process's steps including drilling, turning, manufacturing a screw thread profile and an inside contour as a drive system. The developing of the thread profile by overlapping the abrasive waterjet's trace will be focused in this paper as well as the manufacturing of a hexagonal inside contour as a drive system.In a comparative study, the osseous integration of xenogenic bone and commercially available interference screws of poly (L-lactide) interference screws were comparatively tested in-vivo. As a key feature the screws were tested at a scale of 1: 1.ResultsThe bovine bone screws have been fully integrated into the host osseous bone within the examination time of 270 days. Already after 30 days ingrowing trabeculae could be detected in the screw body.ConclusionsBased on this positive experiences with bovine bone screws the development of screws for use in the forefoot or midface area seems to be possible.