The osteoconductive properties of porous titanium (Ti) fiber mesh with or without a calcium phosphate (Ca-P) coating and osteoinductive properties of non-coated Ti fiber mesh loaded with recombinant human Transforming Growth Factor beta-1 (rhTGF-β1) were investigated in a rabbit non-critical size cranial defect model. Nine Ca-P-coated and 18 non-coated porous titanium implants, half of them loaded with rhTGF-β1, were bilaterally placed in the cranium of 18 New Zealand White rabbits. At 8 weeks postoperative, the rabbits were sacrificed and the skulls with the implants were retrieved. Histological analysis demonstrated that in the TGF-β1-loaded implants, bone had been formed throughout the implant, up to its center, whereas in the non-loaded implants only partial ingrowth of bone was observed. Bone formation had a trabecular appearance together with bone marrow-like tissue. No difference in ingrowth could be observed between the non-TGF-β1-loaded non-coated implants and the Ca-P-coated ones. All histological findings were confirmed by image analysis: 97% ingrowth was seen in the rhTGF-β1-loaded implants, while only 57% and 54% ingrowth was observed in the non-loaded Ca-P-coated and non-coated implants, respectively. Bone surface area and bone fill were significantly higher in the rhTGF-β1-loaded implants (1.37 mm2 and 36%, respectively) than in the non-loaded implants (0.57 mm2 and 26%). No statistical difference was found for any parameter between the Ca-P-coated and non-coated implants. Quadruple fluorochrome labeling showed that in the Ti and Ti-CaP implants mainly bone guidance had occurred from the former defect edge, while in the Ti-TGF-β1 implants bone formation had mainly started in the center of a pore and proceeded in a centrifugal manner. Our results show that: (1) the combination of Ti-mesh with TGF-β1 can induce orthotopic bone formation; (2) Ti-fiber mesh has good osteoconductive properties; (3) a thin Ca-P coating, as applied in this study, does not seem to further enhance the bone-conducting properties of a titanium scaffold material.
Les propriétés ostéoconductives de mèches fibreuses en titane (Ti) poreux avec ou sans recouvrement de phosphate de calcium (Ca-P) et les propriétés ostéoinductives de la mèche fibreuse non-recouverte de titane mais chargée avec le facteur de croissance humain recombinant béta-1 (rhTGF-β1) ont étéétudiées dans un modèle de lésion crânienne chez le lapin. Neuf implants en titane recouverts de Ca-P et 18 non-recouverts, la moitié d'entre eux chargés de rhTGF-β1, ont été placés bilatéralement dans le crâne de 18 lapins blancs néo-zélandais. Huit semaines après l'opération les lapins ont été tués et les crânes ont été enlevés avec les implants. L'analyse histologique a démontré que dans les implants chargés TGF-β1, l'os s'était forméà l'intérieur de cet implant jusqu'à son centre tandis qu'au niveau des implants non-chargés seul une croissance partielle avait été observée. La formation osseuse avait une apparence trabéculaire avec du tissu ressemblant à de la moelle osseuse. Aucune différence dans la croissance n'a pûêtre observée entre les implants non-couverts et non-chargés de TGF-β1 et ceux recouverts de CaP. Toutes le découvertes histologiques ont été confirmées par l'analyse d'image: 97% de la croissance a été aperçue dans les implants chargés rhTGF-β1, tandis que seul 57% et 54% ont été respectivement observés dans les implants ni-chargés et ni-recouverts de CaP et non-recouverts. L'aire de surface osseuse et le remplissage osseux étaient significativement plus importants dans les implants chargés rhTGF-β1 respectivement (1.37 mm2 et 36%) que dans les implants non-chargés (0.57 mm2 et 26%). Aucune différence statistique n'a été trouvée pour ces paramètres entre les implants chargés et non-chargés de CaP. Un marquage quadruple au fluochrome a indiqué que dans les implants Ti et Ti-CaP la guidance osseuse se faisait par le bord de la lésion tandis que dans les implants Ti-TGF-β1, la formation osseuse avait essentiellement démarré dans le centre d'un pore et continuait ensuite de manière centrifuge. Les résultats ont montré que 1) l'association mèche-Ti avec TGF-β1 pouvait induire la formation osseuse orthotopique, 2) la mèche fibre Ti avait des bonnes propriétés ostéoconductives et 3) un fin recouvrement de CaP ne semblait pas améliorer les propriétés ostéoconductives d'un matériel en Ti.
Die osteokonduktiven Eigenschaften von porösen Titanfasergittern (Ti) mit oder ohne Kalziumphosphatbeschichtung (Ca-P) und die osteokonduktiven Eigenschaften von nichtbeschichteten Titanfasergittern, welche mit rekombiniertem humanem transformierendem Wachstumsfaktor beta-1 (rhTGF-β1) beladen waren, wurden im Kaninchenmodell mit cranialen Defekten nichtkritischer Grösse untersucht. Neun Ca-P-beschichtete und 18 nichtbeschichtete poröse Titanimplantate, von welchen die Hälfte mit rhTGF-β1 beladen waren, wurden bilateral in das Cranium von 18 weissen Neuseelandkaninchen eingesetzt. Acht Wochen postoperativ wurden die Kaninchen geopfert und die Schädel mit den Implantaten wurden entnommen. Die histologische Analyse zeigte, dass sich in den TGF-β1-beladenen Implantaten Knochen um das gesamte Implantat bis ins Zentrum gebildet hatte, während in den nichtbeladenen Implantaten nur ein partielles Einwachsen beobachtet werden konnte. Die Knochenbildung hatte ein trabekuläres Erscheinungsbild mit knochenmarkähnlichem Gewebe. Zwischen den nicht mit TGF-β1-beladenen nichtbeschichteten Implantaten und den Ca-P-beschichteten konnten keine Unterschiede im Einwachsen von Knochen beobachtet werden. Alle histologischen Resultate wurden durch Bildanalysen bestätigt: 97% Einwachsen konnte bei den rhTGF-β1-beladenen Implantaten gesehen werden, während nur 57% Einwachsen bei den nichtbeladenen Ca-P-beschichteten Implantaten und 54% Einwachsen bei den nichtbeladenen unbeschichteten Implantaten gefunden wurde. Die Oberfläche des Knochens und der Füllungsgrad mit Knochen war bei den rhTGF-β1-beladenen Implantaten (1.37 mm2 bzw. 36%) signifikant grösser als bei den nichtbeladenen Implantaten (0.57 mm2 bzw. 26%). Zwischen den Ca-P-beschichteten und den nichtbeschichteten Implantaten konnte für keinen Parameter ein statistisch signifikanter Unterschied gefunden werden. Vierfache Markierung mit Fluoroschrom zeigte, dass in bei den Ti und Ti-CaP Implantaten hauptsächlich Knochenleitung ausgehend von den früheren Defektflächen aufgetreten war, während bei den Ti-TGF-β1 Implantaten die Knochenformation v.a. in Zentrum einer Pore begonnen hatte und in zentrifugaler Art fortgeschritten war. Unsere Resultate zeigen dass: (1) die Kombination von Ti-Gitter mit TGF-β1 orthotope Knochenformation induzieren kann; (2) Ti-Fasergitter gute osteokonduktive Eigenschaften haben; (3) eine dünne Ca-P-Beschichtung, wie in dieser Studie angewendet, die knochenkonduktiven Eigenschaften eines Titangerüstmaterials nicht weiter zu verbessern scheint.
Se investigaron las propiedades osteoconductivas de una malla de fibra porosa de titanio (Ti) con o sin una cubierta de fosfato cálcico (Ca-P) y osteoinductivas de una malla de fibra de Ti sin cubierta cargada con factor tranformante recombinante humano de crecimiento beta-1 (rhTGF-β1) en un defecto de tamaño no crítico en un modelo de cráneo de conejo. Se colocaron 9 implantes de titanio poroso cubiertos de Ca-P y 18 no cubiertos, la mitad de ellos cargados con rhTGF-β1, se colocaron bilateralmente en el cráneo de 18 conejos blancos de Nueva Zelanda. Ocho semanas tras la operación se sacrificó a los conejos y se recogieron los cráneos con los implantes. El análisis histológico demostró que en los implantes cargados con rhTGF-β1 el hueso se formó a lo largo del implante hasta su centro, mientras que en los implantes no cargados solo se observó un crecimiento parcial hacia dentro. La formación de hueso tuvo una apariencia trabecular junto con tejido tipo medula ósea. No se observó diferencia entre crecimiento hacia dentro entre los implantes no cargados de rhTGF-β1 y los no cubiertos y los implantes cubiertos de Ca-P. Todos los hallazgos histológicos se confirmaron por análisis de imagen: 97% de crecimiento hacia dentro se observó en los implantes cargados de rhTGF-β1, mientras que solo el 57% y el 54% de crecimiento hacia dentro se observó en los implantes no cargados cubiertos de Ca-P y los no cubiertos respectivamente. La superficie ósea y el relleno óseo fueron significativamente mayores en los implantes cargados de rhTGF-β1 (1.37 mm2 y 36% respectivamente) que en los implantes no cargados (0.57 mm2 y 26%). No se encontró diferencia significativa para ningún parámetro entre los implantes cubiertos de Ca-P y los no cubiertos. El marcado con cuádruple fluorocromo mostró que en los implantes Ti y Ti-Cap ocurrió principalmente un guiado desde el borde del defecto inicial, mientras que los implantes Ti-rhTGF-β1 la formación de hueso empezó principalmente en el contro de un poro y continuó de una manera centrífuga. Nuestros resultados indican que: (1) la combinación de una malla de Ti con TGF-β1 puede inducir la formación ortópica de hueso; (2) la malla de fibras de Ti tiene buenas propiedades osteoconductivas; (3) una fina cubierta de Ca-P, tal como se aplica en este estudio, no parece intensificar mas las propiedades osteoconductivas de un material de soporte de titanio.