Neue Organophosphat-basierte Knochenadhäsive: Mechanische und zellbiologische Eigenschaften

In dieser Arbeit wurden erstmals adhäsive, mineral-organische Zemente auf Basis von Magnesiumphosphaten und Natriumphytat ohne zusätzliche Additive wie Magnesiumoxid entwickelt. Konkret wurden zwei neuartige Zementkompositionen mit herausragenden adhäsiven Eigenschaften vorgestellt und umfassend charakterisiert. Analysen des Abbindeverhaltens deuten eine Entstehung von Chelatkomplexen zwischen Phytat und Mg2+ an. Gemäß dieser Hypothese wären koordinative Bindungen zwischen Phytat und Ca2+ des anorganischen Knochens ebenfalls denkbar und könnten eine Erklärung der beobachteten adhäsiven Eigenschaften darstellen. Diese wurden neben Biokompatibilität und Biodegradierbarkeit in vitro analysiert, um die neuartigen Kompositionen sowie weitere mineral-organische Zemente bezüglich ihrer Eignung als Knochenadhäsiv zu bewerten. Die Untersuchung der Klebefestigkeit erfolgte nach realitätsnaher Verklebung und Lagerung bovinen Femurs und anderer Materialien. Hierbei wurde beispielsweise für eine Zementformulierung aus dem Patent des aktuell in klinischen Studien befindlichen Knochenadhäsivs Tetranite® eine initiale Klebefestigkeit von 1,11 ± 0,39 MPa gemessen. In Relation erreichte eine der neuartigen Zementkompositionen fast viermal höhere Werte (4,35 ± 0,86 MPa). Daneben wurden Formulierungen aus Magnesiumphosphaten und Phosphoserin untersucht, wo mitunter die etwa 3,5-fache Klebefestigkeit der Tetranite®-Variante (3,87 ± 0,53 MPa) erfasst wurde. Phosphoserin-modifizierte Magnesiumphosphatzemente galten hinsichtlich ihrer mechanischen Eigenschaften bereits als äußerst vielversprechend. Zytokompatibilität und Biodegradierbarkeit waren bislang jedoch unklar und konnten in der vorliegenden Arbeit erstmals durch direkten Kontakt mit osteoblastenähnlichen MG-63-Zellen und aus RAW 264.7-Zellen differenzierten Osteoklasten nachgewiesen werden. Insgesamt zeigt die vorliegende Arbeit deutlich, dass mineral-organische Zemente auf Basis von Magnesiumphosphaten ausgezeichnete adhäsive Eigenschaften mit Zytokompatibilität und Biodegradierbarkeit vereinen können. Sie scheinen im Kontext der Knochenklebstoffe und der adhäsiven Knochenersatzmaterialien enormes Potenzial zu bergen. Besonders hervorzuheben ist hierbei eine Formulierung aus Phosphoserin und wärmebehandeltem Trimagnesiumphosphat-Hydrat. Vor diesem Hintergrund erscheinen zukünftige in vivo-Untersuchungen sinnvoll, um die klinische Anwendbarkeit dieser neuen Werkstoffklasse zu validieren.