The work presented in this thesis was conducted at Uppsala University and at Swerim AB. The study aims to broaden the knowledge about the corrosion of additively manufactured bioresorbable alloy WE43 in humanlike conditions for future applications. Biodegradable metal implants are implants meant to stay in the body and support the wounded bone for a certain time period, and then degrade as new, healthy bone forms in its place. Magnesium alloys have properties that are desired for these kind of implants as it is biodegradable, non-toxic and matches the mechanical properties of bone. Furthermore, magnesium alloy WE43, containing yttrium, neodymium and zirconium, already exist on the market as a powder extruded screw that treats Hallux valgus, thus proves the alloys compatibility as a bioresorbable implant. However, in order to optimize implants for specific situations, additive manufacturing can be a powerful tool. By utilizing the advantages of additive manufacturing, patient specific, complex designs implant can be manufactured rapidly in order to be used in a patient. On the other hand, additive manufacturing is a complex method with many aspects affecting the outcome. Therefore it is important to study the influence that different parameters have on the material's properties, especially the corrosion properties. This thesis aims to study different power settings on the laser in the manufacturing process and what effect it has on the microstructure as well as the corrosion properties of as built WE43 samples. Samples of three different parameters settings were manufactured with a Powder Bed Fusion-Laser Beam 3Dprinter. These samples were analyzed regarding surface roughness and microstructure with Light Optical Microscope, Scanning Electron Microscope, Energy Dispersive Spectroscopy, Electron Backscatter Diffraction and Alicona InfiniteFocus. Furthermore, the corrosion properties of the samples were investigated by collecting and measuring hydrogen gas that is released during the corrosion process. In addition, the electrolyte were examined regarding the change in ion concentration and electrochemical tests were performed. It was found that the samples did not differ substantially in microstructure as all three parameter settings exhibited a matrix of magnesium and precipitates of alloying elements. However, the sample manufactured at the lowest energy density had pores incorporated in the bulk. Despite the porous bulk this sample performed best in the immersion tests and exhibited the lowest corrosion rate over 28 days. The reason for this behavior is not determined, however possible causes are discussed and further studies are recommended.

Based on what body adornment has been throughout history, this project investigates what it might be in the future. The possibilities, forms and methods of body adornment has changed and will continue to change over time, along with our societal and environmental shifts as well as with developments in science and technology. Our bodies are increasingly perceived as malleable objects that we can modify, enhance and improve. I use speculation as a method to explore how the human body may develop and be modified in the future. I envision a world where we have become increasingly intertwined with technologies, where environmental changes and our lifestyle have affected our biology, and where our bodies have continued to be altered based on social norms. Through this project I have become some kind of contemporary Frankenstein scientist, although I am not in a laboratory but in a jewellery workshop. My objects, which I call potential jewellery, or maybe-jewellery, are presented in an installation in the form of a clinical setting. It is a representation of where body adornment meets medical technology, where jewellery meets prostheses and implants. This project does not have any answers or a clear message about what is right or wrong – it is based on a curiosity without having a conclusion in mind. The installation is meant to be a reminder that our bodies are always adorned, modified and in transformation – that we are in an ongoing metamorphosis from one state to another.

Im Rahmen dieser Arbeit wurde ein modulares Nukleinsäure-basiertes System zur Immobilisierung von verschiedenen bioaktiven Molekülen untersucht. Zur Verankerung nutzt das System komplementäre Nukleinsäurestränge. Einer der beiden Stränge wird durch anodische Polarisation partiell in die anodische Oxidschicht eingebaut, an den komplementären Strang wird das biologische Molekül konjugiert. Der Vorteil des hier weiter entwickelten Immobilisierungssystems bildet dessen Vielseitigkeit. Es kann auf alle titanbasierenden Implantate übertragen werden und dadurch, dass ein universelles Verankerungssystem verfügbar ist, können verschiedene bioaktive Moleküle aufgebracht werden. Für die Übertragung des Nukleinsäure-basierten Immobilisierungssystems auf reale Implantatoberflächenzustände konnten optimale Prozessbedingungen festgelegt werden. Weiterhin konnten verschiedene Ankerstrangsequenzen hinsichtlich ihres Einflusses auf Adsorption und Hybridisierungseffizienz beurteilt werden. In der vorliegenden Arbeit konnte eine Methode entwickelt werden, die es ermöglicht, das Immobilisierungssystem mit 25 kGy Standarddosis Gammastrahlung zu sterilisieren. Hierbei wurden verschiedene Strategien (Trocknung, Schutzgas, Opferstränge) untersucht und hinsichtlich ihrer Ankerstrangschutzfähigkeit bewertet. In Zell- und Tierversuchen konnte die biologische Aktivität der über das Immobilisierungssystem aufgebrachten Wachstumsfaktoren VEGF und BMP-2 gezeigt werden. Zusammenfassend konnte mit der vorliegenden Arbeit ein wichtiger Beitrag zur Weiterentwicklung eines Nukleinsäure-basierten Immobilisierungssystems im Hinblick auf eine klinische Anwendung geleistet werden.

Bei angeborenen Herzfehlern, die bei 1 bis 1,2 % aller Lebendgeburten auftreten und so-mit die häufigste behandlungsbedürftige Organfehlbildung darstellen, kommen regelhaft kardiovaskuläre Implantate im Rahmen der chirurgischen bzw. interventionellen Therapie zum Einsatz. Hierzu zählen u. a. Shunts, Patches und Okkluder, die aus verschiedenen Implantatmaterialien hergestellt werden. Das Ziel dieser Arbeit bestand darin – basierend auf histologischen Untersuchungen – Unterschiede bzw. Gemeinsamkeiten bezüglich der Biokompatibilität nicht-metallischer Implantatmaterialien zu prüfen, da eine bewusste Materialauswahl kardiovaskulärer Implantate zur Therapie angeborener Herzfehler zu besseren Langzeitergebnissen der Implantate beitragen kann. Untersucht wurden Implantate, die im Rahmen von Korrekturoperationen entnommen wurden und anschließend im Forschungslabor für Pädiatrische Kardiologie und Intensivmedizin der Universitätsmedizin Göttingen ausgewertet wurden: Shunts aus PTFE (n = 21, durchschnittliche Implantationszeit: 18 Monate), Patches aus PTFE (n = 13, durchschnittliche Implantationszeit: 247 Monate) und Polyester (n = 4, durchschnittli¬che Implantationszeit: 321 Monate) sowie Okkluder aus PTFE (n = 3, durchschnittliche Implantationszeit: 74 Monate), Polyester (n = 9, durchschnittliche Implantationszeit: 30 Monate) und PVA (n = 2, durchschnittliche Implantationszeit: 23 Monate). Zur Herstellung histologischer Präparate wurden metallhaltige Implantate (Okkluder) sowie solche mit bereits makroskopisch sichtbarer Verkalkung in Methylmethacrylat-Kunstharz eingebettet und anschließend gesägt und geschliffen, sodass sie lichtmikroskopisch ausgewertet werden konnten. Die anderen Implantate wurden in Paraffin eingebettet und geschnitten. Neben konventionellen Färbungen zur Übersicht und Darstellung von Verkalkungen wurden immunhistochemische Färbungen eingesetzt. Unabhängig vom Implantatmaterial konnte regelhaft eine endothelialisierte und neovaskularisierte Pseudointima, hauptsächlich am ehesten aus Myofibroblasten und Fibroblasten bestehend, dargestellt werden. Das im Implantatmaterial neu gebildete Gewebe bestand hauptsächlich aus Fibroblasten und war neovaskularisiert. Implantatassoziierte, chronische Entzündungsreaktionen – getragen durch Makrophagen und Lymphozyten – sowie Fremdkörperreaktionen – getragen durch FKR – waren bei den Polyester- und PVA-Implantaten stärker ausgeprägt als bei den PTFE-Implantaten. Verkalkungen in Pseudointima- und Implantatgewebe wurden bei den Polyester-Implantaten ab einer Implantationszeit von 3 Jahren und 4 Monaten, bei den PTFE-Implantaten ab einer Implantationszeit von 5 Jahren und 10 Monaten beobachtet. Die durch Polyester hervorgerufene, stärker ausgeprägte Entzündungsreaktion ist als Ursache der zu einem früheren Zeitpunkt einsetzenden Verkalkung von Polyester-Implantaten anzusehen. Während bei den Polyester-Implantaten häufig eher ungleichmäßig verteilte und unregelmäßig geformte, punktförmige Verkalkungen bis hin zu kleinen Kalkaggregaten in Pseudointima- und Implantatgewebe vorhanden waren, wiesen die PTFE-Implantate zumeist gleichmäßige, großflächig-konfluierende Verkalkungen auf. Es konnte gezeigt werden, dass bei Implantaten, die Polyester- oder PTFE-Anteile enthal¬ten, mittelfristig mit der Entwicklung von lokalen Verkalkungen zu rechnen ist, die im Langzeitverlauf zu Komplikationen führen können. Dies muss bei der Implantatauswahl beachtet werden. Möglicherweise kann in Zukunft durch die Entwicklung neuartiger Materialien eine Verminderung der Verkalkungstendenz, zum Beispiel durch Biodegra¬dierbarkeit des Implantatmaterials, erreicht werden.

Es erfolgt eine Knochenstrukturanalyse der proximalen Tibia unter Berücksichtigung verschiedenster radiologischer, biomechanischer und histomorphometrischer Aspekte. Die regionen-, alters- und geschlechtsspezifischen Aspekte dieser Problemregion werden herausgearbeitet. Der eindeutige Nachweis einer regionen-abhängigen Verteilung der Knochendichte und der biomechanischen Eigenschaften in der proximalen Tibia ist eines der Hauptergebnisse der vorliegenden Studie. In der proximalen Tibia besteht eine signifikante Abnahme der Knochendichte von proximal nach distal. Im zentralen Bereich der proximalen Tibia besteht in allen Sektionen im Vergleich zu den anterior/posterior und medial/lateral liegenden Gebieten die niedrigste Knochendichte. In der vorliegenden Studie wurde die proximale Tibia in 3 Etagen (von proximal nach distal) unterteilt. Beim Vergleich der auf diesen Etagen aufgebrachten ROIs (region of interest,jeweils 5 in den beiden proximalen Etagen und 4 im distalen Abschnitt) zeigte sich in den beiden proximalen Etagen lateral (Ebene I anterolateral/ Ebene II posterolateral) die höchste Knochendichte. Im Gegensatz dazu zeigte sich in der distalen Etage anteromedial die höchste Knochendichte. Weiterhin wurden die 3 gängigen Stabilisierungsverfahren für diese Region einer umfangreichen biomechanischen Testung unterzogen. Es zeigte sich, dass der Ilizarov Fixateur bei den verschiedensten Lastfällen meist das instabilste Implantat war. Trotz der biomechanischen Defizite konnten die in der klinischen Studie mit Composite Fixateur versorgten Frakturen trotz erheblichem Weichteilschaden und instabiler Fraktursituation zur Ausheilung gebracht werden. Das LIS-System erwies sich gegenüber der konventionellen Abstützplatte hinsichtlich der biomechanischen Steifigkeit sowohl in der statischen als auch in der zyklischen Testung als gleichwertiges oder sogar biomechanisch günstigeres Implantat. Diese positiven klinischen wie biomechanischen Erfahrungen führen auch zur Förderung der Entwicklung anderer winkelstabiler Fixateur interne-Systeme in den verschiedensten Problemregionen (Pilon tibiale, proximaler und distaler Humerus, distaler Radius). Als wesentliche neue Therapieansätze für das operative Vorgehen in der Problemregion der proximalen Tibia lassen sich die folgenden Gesichtspunkte herausarbeiten: 1) Knochendichteadaptierte Implantat- und Schraubenpositionierung bei der konventionellen Osteosynthese, 2) Knochendichteadaptierte Pin- und Olivendrahtpositionierung bei externen Fixationsverfahren (Ilizarovringfixateur, Fixateur externe) im Bereich der proximalen Tibia, 3) Implantatverbesserungen (LISS-Schraubenkonfiguration und -positionierung, Plattendesign, Umstellungsplatte, Verriegelungsbolzen bei Marknägeln wie UTN, PTN), 4) Prothesenverbesserung (knochendichteadaptiertes Zapfendesign mit 3 Zapfen für die tibiale Komponente). / In this study an analysis of the bone structure of the proximal tibia was performed with special attention paid to the different radiological, biomechanical and histomorphometrical aspects. Region-, age- and gender-specific attributes of the localised bone were also examined. Evidence of a region related variation of bone density and biomechanical behaviour is one of the main results of this study. In the proximal tibia, a significant reduction in the bone density exists from proximal to distal. In comparison to the anterior/posterior or medial/lateral areas, the lowest bone mineral densities were found in the central region. In this study the proximal tibia was divided into 3 different levels (from proximal to distal). When comparing the different regions of interest (ROIs) 5 each in the two proximal levels and 4 in the most distal level), the lateral regions (level 1 anterolateral/ level 2 posterolateral) presented the highest bone mineral density. In contrast, the highest bone density in the distal- level was detected in the anteromedial region. Furthermore, complex biomechanical testing of- 3 common fixation techniques for fracture situations of the proximal tibia was performed. It was shown that the Ilizarov fixator was the most unstable implant in several load tests. Despite this biomechanical deficit fractures treated by composite- fixators in different clinical trails healed uneventfully, even with severe soft tissue damage or an unstable fracture situation. In comparison to the conventional buttress plate, the LIS-System was an equal or superior implant, both in static and cyclic stiffness testing. These clinical and biomechanical experiences lead to the development of other angle stable internal fixator systems for different problematic regions (tibial plafond, proximal and distal humerus, distal radius). The following new therapeutic aspects were developed for the surgical treatment of the proximal tibia: 1) Bone mineral density adapted implant-and screw placement in conventional plating. 2) Bone density adapted pin- and olive wire placement during external fixation (ilizarov ring fixator, external fixator) techniques of the proximal tibia. 3) Improvement of implant design (LISS screw configuration and- placement, plate design, locking bolt configuration in nails). 4) Improvement of prosthetic design (bone density adapted design of the tibial components)

Additive manufacturing (AM) has enabled the possibility for the hospitals to become their own implant producers developing implants that are tailored to patient’s anatomy. Despite the enormous potential of custom-made implants there are challenges that complicate the implementation of them into clinical practice. The aim of this research is to (1) identify the main driving forces and barriers for the delivery of custom-made implants; (2) explore staff stakeholder views and practices related to the implementation of AM in surgery for the development of custom-made implants; (3) formulate recommendations on how to cope with the implementation challenges. The research method was an explorative qualitative study consisted of a literature review on the challenges of custom-made implants in clinical applications coupled with the collection and inductive analysis of empirical data. The empirical study was based on ten semi-structured interviews conducted among both domestic and international hospital managers medical doctors and research engineers. The consolidated framework for implementation research (CFIR) was utilized for data collection. Using the five domains of CFIR, the following results were obtained: (1) Characteristics of individuals: Most research participants indicated a positive attitude towards the innovation expressing self-efficacy to its use; (2) Intervention characteristics: Custom-made implants were perceived to have a relative advantage in surgical practice due to their high degree of observability and geometrical adaptability providing increased surgical quality, perfect patient fit and better understanding of pathologies. However, high implementation costs, low degree of trialability and high degree of complexity in the development process were regarded as drawbacks of the innovation; (3) Outer setting: the regulatory uncertainty and lack of reimbursement limit the accessibility of custom-made implants to low income populations; (4) Inner setting: scarcity of resources, staff resistance to change, insufficient management support, communication difficulties, limited access to educational materials and training opportunities as well as lack of time and innovative capacity were regarded by the majority of participants as implementation barriers; (5) Process: central for the success of implementation is the need for a coherent implementation plan and evaluation process as well as the engagement of key stakeholders such as hospital managers, payers, regulatory and implementation advisors. This dissertation proffers a deeper understanding of the implementation issues related to custom-made implants and offers preliminary recommendations on how to cope with implementation impediments through the use of Rogers diffusion of innovation coupled with concepts from the field of organizational change and innovation management including Clayton’s disruptive innovation.

Aim: To evaluate different parameters potentially affecting the efficacy of air-polishing devices in disinfecting implant surfaces in a non-surgical treatment approach of peri-implantitis lesions. Material and method: Altogether, 56 turned and 56 moderately rough implants were coated with a simulated biofilm. The implants were mounted in customized resin models simulating peri-implant 30° bone-defects, 3- and 5-mm deep; soft tissues were simulated with ballistic gelatin. Each implant was cleaned for 30 or 90 seconds in total (6 sites pr. implant; 5 or 15 seconds pr. site) with one of two different air-polishing devices (W&H and EMS). Implants were photographed in three different angulations and the amount of residual biofilm on the implant surface was measured digitally. Beta-regression models were used to assess the outcome. Results: Implant surface, treatment time and air-polishing device significantly affected the amount of residual biofilm. Turned implant surface, longer treatment time, and using the EMS device resulted in significantly less residual biofilm. In the most apical part of the defect, both air-polishing devices performed similarly, however, this was also the area with most biofilm left compared to more coronal aspects. Defect depth had no significant effect.  Conclusion: Superior biofilm removal is achieved at implants with turned surface, and when applying longer treatment time. At the deepest aspect of the defect, implant decontamination is compromised. / Syfte: Syftet med denna laborativa studie är att utvärdera olika parametrar som potentiellt kan påverka effekten av air-polishing maskiner vid icke-kirurgisk rengöring av implantat för behandling av peri-implantit. Material och metod: Sammanlagt, 56 turned (maskin bearbetade) och 56 moderately rough (måttlig ytråhet) implantat var belagda med en biofilmimitation. Implantaten var placerade i en specialgjord resin-modell som simulerar en 30° bendefektmodell med 3- respektive 5 mm defektdjup; mjukvävnaden simulerades med ballistiskt gelatin. Varje implantat rengjordes i totalt 30 eller 90 sekunder (6 sidor per implantat; 5 eller 15 sekunder per sida) med en av två air-polishing maskiner (W&H och EMS). Implantaten fotograferades sedan ur tre olika vinklar för att digitalt bedöma kvarstående biofilm. Implantatyta, tillverkare, defektdjup och behandlingstid analyserades som prediktionsvariabler för kvarstående biofilm (%). Beta-regressionsanalys användes för att bedöma resultatet. Resultat: Implantat-yta, tillverkare och behandlingstid påverkade mängden kvarvarande biofilmsimulation signifikant. Maskinbearbetade implantatytor, en längre behandlingstid, användande av EMS maskinen, resulterade alla i signifikant mindre kvarvarande biofilm. De två tillverkarna presterade endast lika i de mest apikala delarna av defekten, men detta var också det område med mest kvarvarande biofilm jämfört med mer koronala aspekter. Defekt djup hade ingen signifikant effekt på resultatet. Slutsats: Man kan förvänta sig bättre borttagning av biofilm när man behandlar maskinbearbetade implantatytor samt när man använder en längre behandlingstid.Vid den djupaste aspekten av defekten, äventyras dekontaminering av implantat