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Implantate und Prothesen im Qualitätscheck

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PBHP als Zusatzstoff in Implantaten

Die von Vas et al. untersuchten Tibia-Knie-Implantate werden aus einem Polyethylen mit ultrahohem Molekulargewicht (UHMWPE) hergestellt, das nach dem Formprozess mit einer sehr hohen Dosis Gammastrahlen vernetzt (und sterilisiert) wird. Während durch die Vernetzung die mechanischen Eigenschaften des Kunststoffs verbessert werden, können im Verlauf dieses Prozesses freie Radikale entstehen, die das Material angreifen und seine chemische und mechanische Langzeitstabilität beeinträchtigen.

Um einen Oxidationsprozess im Kunststoff zu unterbinden und die Produktstabilität zu verbessern, wird dem Polymer ein Antioxidans, z.B. Pentaerythritol-tetrakis [3-(3,5-di-tertiär Butyl-4-Hydroxyphenyl)Propionat] (PBHP), beigemischt. Aufgabe des PBHP ist es, die gebildeten freien Radikale zu entfernen, oxidative Reaktion im Kunststoff zu verhindern und die Langzeitstabilität des Produkts zu verbessern.

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PBHP kann allerdings einem eigenen Zersetzungsprozess unterliegen, in dessen Folge Abbauprodukte aus dem Implantat in das umliegende Gewebe migrieren könnten. Die Identifizierung und Bestimmung solcher PBHP-Abbau- oder Nebenprodukte – es wurden insgesamt 16 an der Zahl festgestellt – in simulierten In-vivo-Experimenten im Knieimplantat, dessen Lebensdauer zwischen zehn und 30 Jahren datiert, erweise sich als zwingend erforderlich, betonen die Wissenschaftler. Für die Untersuchung auslaugbarer Stoffe erfordern großformatige Produkte (hier Implantate) allerdings große Volumina biologisch relevanter und damit wässriger Medien, um letzten Endes Lösungen zu erhalten, welche die Zielkomponenten in sehr niedriger Konzentrationen erhalten. Weiter schreiben Vas und Kollegen, die Analyten seien aufzukonzentrieren, um eine Quantifizierung gemäß PQRI-Vorgabe zu ermöglichen. Die Probenvorbereitung sei dabei, auf herkömmliche Weise durchgeführt, zeitaufwändig und aufgrund der erforderlichen großen Mengen organischer Lösemittel, ökonomisch und ökologisch fragwürdig.

Stir Bar Sorptive Extraction als Mittel der Wahl

Die Quantifizierung auslaugbarer Stoffe erfordert einen Anreicherungsschritt aufgrund ihres geringen Gehalts im resultierenden wässrigen Medium. Naheliegend wäre es, das Lösemittel zu verdampfen, was indes den Verlust flüchtiger Komponenten und die Bildung von Störstoffen zur Folge haben könnte, fürchten Vas und Kollegen. Zudem seien die wässrigen Extrakte, die zur Simulierung von In-vivo-Systemen bei Studien über auslaugbare Stoffe verwendet werden, nur schwer GC/MS kompatibel, was letzten Endes einen zweiten Extraktionsschritt mit einem apolaren, GC-gängigen Lösemittel zur Folge hätte.

Um die komplexen analytischen Herausforderungen zu meistern, favorisierten und validierten Vas et al. für ihr Vorhaben die Stir Bar Sorptive Extraction (SBSE) mit dem Gerstel-Twister, einem patentierten mit Polydimethylsiloxan (PDMS) ummantelten Rührfisch als Extraktionsmedium, mit anschließender GC-MS/MS-Bestimmung.

Im Gegensatz zu anderen Extraktionstechniken ermöglicht es die SBSE, die auslaugbaren Stoffe in einem einzigen Schritt zu extrahieren und zu konzentrieren – ohne weitere, umfangreiche Probenbearbeitung vor der GC/MS-Analyse. Obendrein verfüge der Twister über eine unvergleichbar größere PDMS bzw. Sorbensmenge als etwa die Solid Phase Micro Extraction (SPME): „Die SBSE ist von Fall zu Fall signifikant sensitiver in Bezug auf den Nachweis organischer Verbindungen aus wässrigen Matrices als die SPME“, konstatieren die Forscher.

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