Christoph Hans Jahn

• Die vorliegende Arbeit hatte zum Ziel, die Zytokompatibilität von im 3D-Pulverdruckverfahren hergestellten Zellkulturträgern aus Dicalciumphosphat Anhydrat (CaHPO4, Monetit) in vitro zu untersuchen. Dieses Material lässt sich der Substanzklasse der Calciumphosphate zuordnen, welche aufgrund ihrer chemischen Ähnlichkeit zur mineralischen Phase des Knochens einen hohen Stellenwert als Knochenersatzmaterial besitzen. Die Trägerstrukturen wurden mittels CAD-CAM Technologie im 3D-Pulverdruckverfahren fabriziert. Dabei wurde auf ein entsprechendDie vorliegende Arbeit hatte zum Ziel, die Zytokompatibilität von im 3D-Pulverdruckverfahren hergestellten Zellkulturträgern aus Dicalciumphosphat Anhydrat (CaHPO4, Monetit) in vitro zu untersuchen. Dieses Material lässt sich der Substanzklasse der Calciumphosphate zuordnen, welche aufgrund ihrer chemischen Ähnlichkeit zur mineralischen Phase des Knochens einen hohen Stellenwert als Knochenersatzmaterial besitzen. Die Trägerstrukturen wurden mittels CAD-CAM Technologie im 3D-Pulverdruckverfahren fabriziert. Dabei wurde auf ein entsprechend adaptiertes Zementsystem zurückgegriffen, bestehend aus Tricalciumphosphatpulver und Phosphorsäure. Die primär aus Dicalciumphosphat Dihydrat (Bruschit) bestehenden Konstrukte wurden anschließend durch Autoklavieren hydrothermal in Monetit umgewandelt. Die Kombination einer bei Raumtemperatur ablaufenden Zementabbindereaktion mit einem generativen Fertigungsverfahren wie dem Pulverdruck ermöglichte die Herstellung monolithischer Formkörper ohne thermische Verfestigung (Sinterung). Daher kann eine im Vergleich zu gesinterten Formkörpern gute thermodynamische Löslichkeit und somit gute Biodegradierbarkeit erwartet werden. Zur Evaluierung der Zytokompatibilität des pulvergedruckten Materials wurde nach Besiedlung mit osteoblastären Zellen deren Proliferations- und Differenzierungsverhalten in vitro untersucht. Die Zellviabilität, die Aktivität der Alkalischen Phosphatase sowie die Konzentration von Osteocalcin dienten als Parameter. Weiterhin wurden die Konzentration freier Elektrolyte und der pH-Wert im Nährmedium zur Evaluierung der Löslichkeit der Träger in vitro herangezogen. Anhand licht- und rasterelektronenmikroskopischer Aufnahmen erfolgte eine qualitativ-morphologische Einschätzung des Zellwachstums. Die Untersuchungen zeigen eine gute Zytokompatibilität des Trägermaterials aus Monetit. Die im Vergleich zu den Positiv-Kontrollen etwas erniedrigten Werte lassen sich durch die im Nährmedium festgestellten Elektrolytverschiebungen erklären, welche durch die thermodynamische Löslichkeit von Monetit zustande kommen. Diese Problematik der Zellkultur als geschlossenem System sollte jedoch in vivo bei stetigem Flüssigkeits- und Metabolitenaustausch keine Rolle spielen. Die Ergebnisse liefern einen Beitrag zur Erarbeitung neuartiger Knochenzemente, insbesondere aus Monetit. Klinisch interessant erscheint die verfahrensbedingte Möglichkeit, die Anforderungen nach guter Degradierbarkeit, präoperativer Fabrizierung und individueller Formgebung (z.B. passend zu einem individuellen Defekt) miteinander kombinieren zu können.…
• The aim of this study was the in vitro examination of the cytocompatibility of dicalcium phosphate anhydrate (CaHPO4, monetit) cell culture carriers (alternativ: media) that are produced via 3D powder printing. Monetit is a calcium phosphate, a substance group, which, due to its chemical resemblance to the mineral phase of bone, is considered an important bone replacement material. The carrier structures were fabricated via CAD-CAM technology using 3D powder printing. We utilized an appropriately adapted cement system consisting ofThe aim of this study was the in vitro examination of the cytocompatibility of dicalcium phosphate anhydrate (CaHPO4, monetit) cell culture carriers (alternativ: media) that are produced via 3D powder printing. Monetit is a calcium phosphate, a substance group, which, due to its chemical resemblance to the mineral phase of bone, is considered an important bone replacement material. The carrier structures were fabricated via CAD-CAM technology using 3D powder printing. We utilized an appropriately adapted cement system consisting of tricalcium phosphate powder and phosphoric acid. We subsequently hydrothermally transformed these carrier structures, which primarily consisted of dicalcium phosphate dihydrate (bruschit), into monetit by autoclaving. The combination of a cement setting reaction, taking place at room temperature, with a generative production method like powder printing enabled the production of monolithic molds lacking thermal solidification (sintering). We therefore expect good thermodynamic solubility and thus good biodegradability in comparison to sintered molds. In order to evaluate the cytocompatibility of this powder printed material we examined the proliferation and differentiation behavior of osteoblastic cell populations on the mold in vitro. Parameters were cell viability, the activity of alkaline phosphatase and the concentration of osteocalcin. Furthermore, we used the concentration of free electrolytes and the pH-value of the nutrient solution in order to evaluate the solubility of the carriers in vitro. Using light optical and scanning electron microscopic images, we undertook a quantitative morphological assessment of cell growth. Our examinations prove good cytocompatibility of the monetit carrier material. The rates/levels (werte) were slightly lowered when compared to positive controls, which can be attributed to electrolyte shifts within the nutrient solution, caused by the thermodynamic solubility of monetit. However the problems resulting from this closed system of cell cultures is not expected to be relevant in vivo where a constant exchange of fluids and metabolites is present. The results constitute a contribution for the development of new bone cements, in particular those consisting of monetit. The possibility of combining the requirements of good degradability, preoperative production and individualized shape (e.g. fitted to an individual defect), afforded by monetit’s mode of production appears to be of clinical interest.…