On the material dependency of peri-implant morphology and stability in healing bone

生物材料 材料科学 植入 生物医学工程 骨整合 骨愈合 纳米技术 外科 冶金 医学
作者
Stefan Bruns,Diana Krüger,Silvia Galli,D.C. Florian Wieland,Jörg U. Hammel,Felix Beckmann,Ann Wennerberg,Regine Willumeit‐Römer,Berit Zeller‐Plumhoff,Julian Moosmann
出处
期刊:Bioactive Materials [Elsevier BV]
卷期号:28: 155-166 被引量:11
标识
DOI:10.1016/j.bioactmat.2023.05.006
摘要

The microstructural architecture of remodeled bone in the peri-implant region of screw implants plays a vital role in the distribution of strain energy and implant stability. We present a study in which screw implants made from titanium, polyetheretherketone and biodegradable magnesium-gadolinium alloys were implanted into rat tibia and subjected to a push-out test four, eight and twelve weeks after implantation. Screws were 4 mm in length and with an M2 thread. The loading experiment was accompanied by simultaneous three-dimensional imaging using synchrotron-radiation microcomputed tomography at 5 μm resolution. Bone deformation and strains were tracked by applying optical flow-based digital volume correlation to the recorded image sequences. Implant stabilities measured for screws of biodegradable alloys were comparable to pins whereas non-degradable biomaterials experienced additional mechanical stabilization. Peri-implant bone morphology and strain transfer from the loaded implant site depended heavily on the biomaterial utilized. Titanium implants stimulated rapid callus formation displaying a consistent monomodal strain profile whereas the bone volume fraction in the vicinity of magnesium-gadolinium alloys exhibited a minimum close to the interface of the implant and less ordered strain transfer. Correlations in our data suggest that implant stability benefits from disparate bone morphological properties depending on the biomaterial utilized. This leaves the choice of biomaterial as situational depending on local tissue properties.

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