Warum Mg Implantate noch nicht in der Klinik akzeptiert sind

Hintergrund: Permanente Metallimplantate sind mit einem erheblichen Risiko für Implantatversagen, Infektionen, unzureichende Frakturheilung und chronische Entzündungen verbunden. Magnesium (Mg)- basierte Implantate zeigen gute, mechanische Eigenschaften, sowie Bioresorbierbarkeit und fördern die Osteoblastogenese in vitro. Mg-basierte Implantate geben Hoffnung, die mechanische Knochenstruktur während der Osteosynthese zu verbessern und die Knochenbildung zu unterstützen, jedoch sind die zugrundeliegenden, molekularen Mechanismen an der degradierten Mg-Oberfläche unklar, sodass Mg- basierte Implantate in den Kliniken noch nicht akzeptiert werden. Hypothese und Ziele: Bisher gibt es kein In-vitro-Modell, das die In-vivo-Situation wirklich nachahmt. In- vivo-Modelle sind an sich komplex, was die Aufklärung von Mechanismen kostspielig und zeitaufwendig macht. Daher wollen wir ein In-vitro-System entwickeln, das es ermöglicht, Parameter zu bestimmen und zu vergleichen, um die grundlegende In-vivo-Umgebung nachzuahmen. Dieser bidirektionale In-vitro- und In-vivo-Ansatz ist mit einer detaillierten Charakterisierung der Abbaurate, welche die Bildung der Korrosionsprodukte steuert, und der Zellantwort an der Implantat-Gewebe-Grenzfläche gekoppelt. Methoden: Um die In-vivo-Situation nachahmen zu können, werden wir die Live-Zellüberwachung von Knochen-,Immun-undFibroblastenzellen in einerneuartigen Durchflusskammerunter Zellkulturbedingungen in Kombination mit modernsten zellulären Fluoreszenzsensoren für Mg 2+- und pH- Messungen verwenden. Hierfür werden Mg-Scheiben subkutan und transkortikal in Ratten implantiert, die dann zu vergleichbaren Zeitpunkten von In-vitro-Studien geopfert werden. Biologische und materielle Aspekte von Ex-vivo- und In-vitro-Proben werden weiter untersucht und verglichen. Innovation: Das Projekt zielt darauf ab, neuartige prognostische In-vitro-Modelle zu entwickeln, um Folgendes aufzuklären: i) die stimulierende Wirkung auf die Knochenbildung, (ii) ihre Auswirkungen auf die Gewebe-Implantat-Schnittstelle und iii) die Evaluierung der Mg-Implantat-Korrosionsmechanismen. In- vitro-Analyse der Implantatumgebung werden mit Implantatabbaumechanismen in Tiermodellen genau vergleichen, um unseren In-vitro-Live-Aufzeichnungsaufbau zu optimieren und genaue Vorhersagen für physiologische Auswirkungen auf In-vivo-Implantate zu treffen. Wissenschaftsteam: Das Forschungsteam involviert Experten auf dem Gebiet der Mg-basierten präklinischen und klinischen Implantatforschung (Prof. Weinberg, Medizinische Universität Graz, Österreich), der Materialkorrosion (Dr. Schmutz, Empa, Schweiz), der Ionenkanäle und der Live-Zell- Signalgebung (PD Schindl, Medizinische Universität Graz, Österreich) und fluoreszenzbasierter Sensorwerkzeuge (Prof. Malli, Medizinische Universität Graz, Österreich). Alle Pr ojektpartner werden voneinander profitieren, indem sie ein hochgradig inter- und transdisziplinäres Konsortium konsolidieren. Da das Team auf verschiedene Forschungsbereiche spezialisiert ist, werden mehrere Techniken und Messungen von diesem einzigartigen Konsortium kombiniert.