Applikation von Nanopartikeln als Implantatbeschichtung zur Präsentation von biologisch aktivem BMP-2 an Implantatoberflächen

In der Dissertation wird die Entwicklung von Nanopartikelsystemen auf der Basis des Polysaccharids Chitosan für den Einsatz als Implantatbeschichtung beschrieben. Hauptbestandteil der Arbeit sind Chitosan (CS) - Tripolyphosphat (TPP) Systeme, die als Drug Delivery Systeme für das Protein bone morphogenetic protein 2 (BMP-2) eingesetzt werden. CS-TPP Nanopartikel werden durch ionotrope Gelierung von Chitosan mit Tripolyphosphat hergestellt und bezüglich Größe und Zetapotential mittels dynamischer Lichtstreuung (DLS) charakterisiert. Die Lagerungsstabilität der Partikel und deren Degradation durch Lysozym werden ebenfalls mittels DLS untersucht. Hier wird mit physiologischen Mengen an Lysozym eine Partikelgrößenreduktion von 40 % innerhalb von vier Tagen erreicht. Über das Verfahren der Sprühbeschichtung können die CS-TPP Nanopartikel auf Titanoberflächen immobilisiert werden (˜80 nm Filme). Die Stabilität der erhaltenen Beschichtungen wird in verschiedenen wässrigen Medien untersucht. Zur Charakterisierung der beschichteten Titanproben werden Ellipsometrie, Raster-Elektronen-Mikroskopie und Röntgen-Photoelektronen-Spektroskopie eingesetzt. In vitro werden Freisetzungsstudien und die Bestimmung der Einlagerungseffizienz von BMP 2 in das CS-TPP Nanopartikelsystem (> 88 %) mittels „enzyme linked immunosorbent assay“ (ELISA) durchgeführt. Freisetzungsversuche an CS-TPP-BMP-2 Filmen auf Titanplättchen werden über einen BRE-Luziferase Test durchgeführt. Dies ermöglicht die Evaluation der biologisch aktiven Proteinmenge, welche über den ELISA nicht ermittelt werden kann und zeigt, dass bereits nach zwei Tagen ca. 45 % des theoretisch zur Beschichtung verwendeten BMP-2 freigesetzt wird und biologisch aktiv ist (˜142 ng/cm²). In vivo Versuche werden in Mäusen und Kaninchen durchgeführt. Im Falle der Mausstudie werden CS-TPP-BMP-2 beladene Kollagenschwämme implantiert und in histologischen Untersuchungen eine dosisabhängige, ektope Knochenbildung nachgewiesen. Für die Kaninchenstudie werden CS-TPP-BMP-2 beschichtete Titanhohlzylinder in einen Oberschenkelknochen der Kaninchen implantiert. Hier werden mittels µ-CT und Histologie ein gutes Einwachsen aller Implantate sowie eine Kallusbildung um das BMP-2 haltige Implantat beobachtet.