Mineralische Knochenkleber mit isocyanathaltigen Präpolymeren als Adhäsionsvermittler

• Antragsteller: Professor Dr. Uwe Gbureck; Professor Dr. Alexander Christian Kübler
• Fachliche Zuordnung: Biomaterialien
• Förderung: Förderung seit 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 448975488

Gegenstand des Projekts sind experimentelle Knochenkleber aus mineralischen Zementen mit Zusatz von isocyanathaltigen Präpolymeren zur weiteren Steigerung der Adhäsion am feuchten Knochen. Solche Adhäsive haben ein hohes klinisches Anwendungspotential für chirurgische Fachdisziplinen wie Mund-, Kiefer- und Gesichtschirurgie oder Unfallchirurgie. Anforderungen an das Material sind eine ausreichenden Adhäsion im feuchten physiologischen Umfeld, die Zytokompatibilität der Einzelkomponenten und deren Abbauprodukte sowie eine klinisch adäquate Handhabbarkeit. Materialbasis sind Magnesiumphosphat oder Calciummagnesiumsilikat Pulver, die mit einer verdünnten Phytinsäurelösung als flüssiger Phase zur Reaktion gebracht werden. Initial erfolgt eine Optimierung des Systems im Hinblick auf relevante Materialeigenschaften wie Klebefestigkeit, Abbindedauer und Degradationsverhalten über eine Anpassung von Partikelgrößen und Reaktivität sowie der Phytinsäure-Konzentration. Durch den Zusatz isocyanathaltiger Präpolymere wird während der Abbindereaktion ein zusätzliches Polyurethannetzwerk im Adhäsiv erzeugt und gleichzeitig soll hierdurch die Klebefestigkeit durch Reaktion der Isocyanate mit der Knochenoberfläche gesteigert werden. Die Präpolymere werden zusätzlich mit Lactid-Spacern für einen hydrolytischen Abbau und terminalen Methacrylatgruppen für eine photochemische Vernetzung ausgestattet. Die Untersuchung der Klebefestigkeit erfolgt dabei während der Entwicklungsphase auf standardisierten Hydroxylapatitsubstraten sowie auf kortikalem bzw. spongiösem Knochen bovinen Ursprungs. Weitere untersuchte Aspekte betreffen die klinische Handhabbarkeit der Materialien, wie etwa Sterilisierbarkeit, Verarbeitung durch den Operateur oder die rheologischen Eigenschaften. Daneben wird die Freisetzung von klinisch relevanten Antibiotika aus den Adhäsiven untersucht. Neben der in vitro ermittelten Zytokompatibilität gegenüber osteoblastären Zellen wird auch die zelluläre Degradation in vitro über ein Osteoklastenmodell ermittelt. Die Ergebnisse werden dann für die Zusammensetzungen mit den besten Eigenschaften bezüglich Adhäsion und Verarbeitung in vivo im Kleintiermodell (New Zealand White Rabbits) getestet, wobei neben einer Implantation in einem Bohrlochdefekt im Femur auch die Wiedereinheilung vollständig separierter Knochenzylinder im Femur mit Hilfe der Adhäsive untersucht wird. Die Explantate werden histologisch aufgearbeitet und die Knochenregeneration im Defektspalt wird beurteilt.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen