Micro-scale geometrically and metallurgically adapted surface structures of implants for the defined stimulation of the osteogenic differentiation

微尺度几何和冶金适应的植入物表面结构,用于明确刺激成骨分化

基本信息

项目摘要

Metal implants for orthopedic applications have been in use for a long time. Improvements of the osseointegration behavior by surface-changing processes, such as sand blasting or etching, were so far only obtained in empirical studies. It is not yet completely understood which surface chemistry and structure can support the initial cell-implant response. This interdisciplinary research project has the aim to systematically investigate the specific mechanisms of the cellular response to (metallurgically changed) surfaces which were subjected to defined microstructures by the electron beam and alloyed up/leached with filler material. Particularly interesting is the alloying up of pure titanium on Ti6Al4V-substrates in a locally selective manner. In doing so, the response of bone-forming cells on the microstructures shall be investigated in vitro qualitatively and quantitatively and the correlation of the type of microstructuring and alloy shall be analyzed. Further, it shall be investigated how the known structuring process 'SurfiSculpt' - expanded by the simultaneous changeability of the chemical composition of the surface - can be transferred to the micro-scale dimension. Particularly the local alloy composition of the microstructured surface is investigated so that the differentiation behavior of human mesenchymal stem cells to bone-forming cells can be controlled. Research results will be additional knowledge about the cellular response on metal surfaces and the determination of the positive effect of geometrical and metallurgical surface modifications on implants.
用于矫形应用的金属植入物已经使用了很长时间。通过表面改变过程(例如喷砂或蚀刻)改善骨整合行为迄今为止仅在经验研究中获得。目前还没有完全了解哪些表面化学和结构可以支持最初的细胞植入反应。这个跨学科的研究项目的目的是系统地研究细胞对(生物学改变)表面的反应的具体机制,这些表面通过电子束进行定义的微观结构,并与填充材料合金化/浸出。特别令人感兴趣的是纯钛合金化的Ti6 Al 4V-基板上的局部选择性的方式。在此过程中,应在体外定性和定量研究骨形成细胞对显微结构的反应,并分析显微结构类型与合金的相关性。此外,应研究如何将已知的结构化过程“SurfiSculpt”-通过表面的化学成分的同时可变性扩展-转移到微尺度尺寸。特别地,研究微结构化表面的局部合金组成,使得可以控制人间充质干细胞向骨形成细胞的分化行为。研究结果将是关于金属表面细胞反应的额外知识,并确定几何和冶金表面改性对植入物的积极影响。

项目成果

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