Bewertung von Ti-6Al-4V Oberflächen hergestellt mittels neu entwickelter Schleudergusstechnologie im in vitro- und in vivo-Modell

Orthopädische Implantate müssen biokompatibel sowie verschleißarm sein, sich in den Knochen integrieren, lange Zeit im Knochen bleiben und sollten kostengünstig hergestellt werden. Ziel der vorliegenden Arbeit war es zu überprüfen, ob mittels Schleudergusstechnologie (SG) hergestellte Ti6Al4V-Proben hinsichtlich dem Zellverhalten von Osteoblasten sowie der Biokompatibilität mit den bisherigen Standardimplantaten vergleichbar sind. Zusätzlich sollte in einem zweiten Schritt durch eine ortsspezifische Ionenimplantation (IIP) der Einfluss von Calcium (Ca) und Phosphor-Ionen (P) auf zellbiologische Reaktionen überprüft werden. Hierzu wurden in vitro gebeizte sowie ungebeizte Titan-Plättchen (Ti) mit humanen primären Osteoblasten besiedelt und anschließend analysiert. In den Zellproliferations-Studien zeigte sich kein signifikanter Unterschied zwischen den konventionell hergestellten und den LINN- bzw. Leicomelt-SG-Materialien. Eine zusätzliche Ca-, P-, CaP-IIP der SG-Oberflächen bewirkte im Vergleich zu nicht-Ionen-implantierten SG-Oberflächen keine signifikante Verbesserung der Zellproliferation (gebeizt, ungebeizt). Die Visualisierung der Osteoblastenmorphologie mit Rasterelektronenmikroskopie-Aufnahmen zeigten keine relevanten Unterschiede zwischen den untersuchten Ti-Oberflächen. Auf Genexpressionsebene konnten vereinzelt Unterschiede zwischen den Oberflächen nachgewiesen werden. Die mittels mit Alizarinrot-S-Färbung nachgewiesene Mineralisation zeigte, dass zwischen gebeizten Leicomelt-Schleudergussoberflächen und Standardoberflächen kein signifikanter Unterschied vorhanden war. Lediglich eine P-IIP der gebeizten Leicomelt-SG-Proben führte im Vergleich zu gebeizten nicht-Ionen-implantierten Leicomelt-Proben zu einer signifikanten Reduktion der Mineralisation. Es konnte zwischen den gebeizten und ungebeizten Leicomelt-SG-Proben kein signifikanter Unterschied hinsichtlich der Mineralisation erkannt werden. Eine zusätzliche IIP der ungebeizten Leicomelt-SG-Oberflächen hatte keinen supportiven Einfluss auf die Mineralisation. In keinem der analysierten Osteoblasten-Zellkulturüberstände wurden inflammatorische Zytokine, wie Tumornekrosefaktor-alpha (TNFα) und Interleukin-1 beta (IL1ß) nachgewiesen. Die Analyse der Bioverträglichkeit der subkutanen Implantate zeigte, dass für gebeizte Leicomelt-Schleudergussimplantate und Standardimplantate die Anzahl CD68 (,,cluster of differentiation“), TNFα und IL1ß positiver Proben im Verlauf der Zeit anstieg. Im Gegensatz dazu konnte für alle ungebeizten Schleudergussimplantate zum Zwölf-Wochenzeitpunkt ein Rückfall in der Anzahl CD68, TNFα und IL1ß positiver Hautschnitte beobachtet werden (TNFα, IL1ß = 0%). Die vorliegenden Ergebnisse dieser Arbeit deuten darauf hin, dass die mit Schleudergusstechnik hergestellten Implantate aus zellbiologischer Sicht in vitro mit den klinisch bewährten Standardimplantaten vergleichbar sind. Ferner konnte in der vorliegenden Arbeit anhand eines in vivo-Modells mit histochemischen Färbungen die Biokompatibilität der gebeizten bzw. ungebeizten Schleudergussimplantate mit und ohne IIP näher betrachtet werden. Diese Analysen weisen auf eine mögliche verbesserte, längerfristige Biokompatibilität ungebeizter SG-Implantate versus gebeizten SG-Implantaten hin. Die ungebeizte SG-Technologie erscheint aufgrund seiner Vorteile im Herstellungsprozess sowie der hier dargestellten Ergebnisse für die weiterführende Produktentwicklung erfolgversprechend

Effects of Ti6Al4V Surfaces Manufactured through Precision Centrifugal Casting and Modified by Calcium and Phosphorus Ion Implantation on Human Osteoblasts

(1) In order to enable a more widespread use of uncemented titanium-based endoprostheses to replace cobalt-containing cemented endoprostheses for joint replacement, it is essential to achieve optimal osseointegrative properties and develop economic fabrication processes while retaining the highest biomedical quality of titanium materials. One approach is the usage of an optimized form of Ti6Al4V-precision casting for manufacturing. Besides the chemical and physical properties, it is necessary to investigate possible biological influences in order to test whether the new manufacturing process is equivalent to conventional methods. (2) Methods: Primary human osteoblasts were seeded on discs, which were produced by a novel Ti6Al4V centrifugal-casting process in comparison with standard machined discs of the same titanium alloy. In a second step, the surfaces were modified by calcium or phosphorus ion beam implantation. In vitro, we analyzed the effects on proliferation, differentiation, and apoptotic processes. (3) Results: SEM analysis of cells seeded on the surfaces showed no obvious differences between the reference material and the cast material with or without ion implantation. The MTT (3-(4,5-dimethylthiazol-2-yl)-2,5-diphenyltetrazolium bromide) proliferation assay also did not reveal any significant differences. Additionally, the osteogenic differentiation process tested by quantitative polymerase chain reactions (PCR), Alizarin red S assay, and C-terminal collagen type I propeptide (CICP) Elisa was not significantly modified. No signs of induced apoptosis were observed. (4) Conclusions: In this study, we could show that the newly developed process of centrifugal casting generated a material with comparable surface features to standard machined Ti6Al4V material. In terms of biological impact on primary human osteoblasts, no significant differences were recognized. Additional Ca- or P-ion implantation did not improve or impair these characteristics in the dosages applied. These findings indicate that spin casting of Ti6Al4V may represent an interesting alternative to the production of geometrically complex orthopedic implants

Effects of Ti6Al4V surfaces manufactured through precision centrifugal casting and modified by calcium and phosphorus ion implantation on human osteoblasts

In order to enable a more widespread use of uncemented titanium-based endoprostheses to replace cobalt-containing cemented endoprostheses for joint replacement, it is essential to achieve optimal osseointegrative properties and develop economic fabrication processes while retaining the highest biomedical quality of titanium materials. One approach is the usage of an optimized form of Ti6Al4V-precision casting for manufacturing. Besides the chemical and physical properties, it is necessary to investigate possible biological influences in order to test whether the new manufacturing process is equivalent to conventional methods. (2) Methods: Primary human osteoblasts were seeded on discs, which were produced by a novel Ti6Al4V centrifugal-casting process in comparison with standard machined discs of the same titanium alloy. In a second step, the surfaces were modified by calcium or phosphorus ion beam implantation. In vitro, we analyzed the effects on proliferation, differentiation, and apoptotic processes. (3) Results: SEM analysis of cells seeded on the surfaces showed no obvious differences between the reference material and the cast material with or without ion implantation. The MTT (3-(4,5-dimethylthiazol-2-yl)-2,5-diphenyltetrazolium bromide) proliferation assay also did not reveal any significant differences. Additionally, the osteogenic differentiation process tested by quantitative polymerase chain reactions (PCR), Alizarin red S assay, and C-terminal collagen type I propeptide (CICP) Elisa was not significantly modified. No signs of induced apoptosis were observed. (4) Conclusions: In this study, we could show that the newly developed process of centrifugal casting generated a material with comparable surface features to standard machined Ti6Al4V material. In terms of biological impact on primary human osteoblasts, no significant differences were recognized. Additional Ca- or P-ion implantation did not improve or impair these characteristics in the dosages applied. These findings indicate that spin casting of Ti6Al4V may represent an interesting alternative to the production of geometrically complex orthopedic implants

Validation of a new emotion regulation self-report questionnaire for children

<jats:title>Abstract</jats:title><jats:sec> <jats:title>Objective</jats:title> <jats:p>To examine and validate the self-report Questionnaire on the Regulation of Unpleasant Moods in Children (FRUST), which is a modified and shortened version of the Questionnaire for the Assessment of Emotion Regulation in Children and Adolescents (FEEL-KJ).</jats:p> </jats:sec><jats:sec> <jats:title>Methods</jats:title> <jats:p>The data comprised child and parent ratings of a community-screened sample with differing levels of affective dysregulation (AD) (<jats:italic>N</jats:italic> = 391, age: <jats:italic>M</jats:italic> = 10.64, <jats:italic>SD</jats:italic> = 1.33, 56% male). We conducted latent factor analyses to establish a factor structure. Subsequently, we assessed measurement invariance (MI) regarding age, gender, and AD level and evaluated the internal consistencies of the scales. Finally, we examined the convergent and divergent validity of the instrument by calculating differential correlations between the emotion regulation strategy (ERS) scales and self- and parent-report measures of psychopathology.</jats:p> </jats:sec><jats:sec> <jats:title>Results</jats:title> <jats:p>A four-factor model, with one factor representing <jats:italic>Dysfunctional Strategies</jats:italic> and the three factors <jats:italic>Distraction</jats:italic>, <jats:italic>Problem-Solving</jats:italic> and <jats:italic>Social Support</jats:italic> representing functional strategies provided the best fit to our data and was straightforward to interpret. We found strong MI for age and gender and weak MI for AD level. Differential correlations with child and parent ratings of measures of psychopathology supported the construct validity of the factors.</jats:p> </jats:sec><jats:sec> <jats:title>Conclusions</jats:title> <jats:p>We established a reliable and valid self-report measure for the assessment of ERS in children. Due to the reduced number of items and the inclusion of highly specific regulatory behaviors, the FRUST might be a valuable contribution to the assessment of ER strategies for diagnostic, therapeutic, and research purposes.</jats:p> </jats:sec&gt