Projekt: Kreuzbandschraube aus künstlichem Knochenmaterial

09.09.2013
Foto: Knie

Kreuzbänder stabilisieren das Kniegelenk bei jeder Bewegung; © panthermedia.net/Nils Julia Weymann Pfeifer

Wird bei einer Operation eine Titanschraube eingesetzt, heißt das bislang zwangsläufig: Zur Entfernung muss der Patient erneut operiert werden. Künftig sollen Unfallchirurgen und Orthopäden erstmals in der Lage sein, bei Kreuzbandoperationen vollabbaubare Schrauben aus künstlichem Knochenmaterial zu verwenden.

Forscher der Justus-Liebig-Universität Gießen (JLU), der Universität Bremen und vom Fraunhofer Institut für Fertigungstechnik und Angewandte Materialforschung sowie der Universität Bonn haben sich zum Ziel gesetzt, heutige titan- und polymerbasierte Schrauben durch biokeramische Implantate auf Basis von Hydroxylapatit zu ersetzen. Dieser Werkstoff entspricht in seiner chemischen Zusammensetzung nahezu vollständig dem anorganischen Hauptbestandteil des Knochenminerals. Er kann daher in den natürlichen Knochen integriert und in einer bestimmten Zeitspanne nach der Implantation durch diesen ersetzt (resorbiert) werden. Die Resorptionsrate wird durch die gezielte Dotierung mit Siliziumoxid-Nanopartikeln erreicht. „Die materialwissenschaftliche Herausforderung besteht unter anderem darin, mit diesem Material die für den Einsatz der Schraube notwendige hohe Festigkeit zu erreichen“, betont Prof. Kurosch Rezwan.

Dadurch könnten die häufig nach Kreuzbandoperationen vorkommenden Körperunverträglichkeiten beseitigt und Folgeoperationen zur Entfernung des Implantats vermieden werden. Die Patienten würden erheblich weniger belastet; zudem könnten die Kosten im Gesundheitswesen gesenkt werden. Im Rahmen des Projekts „HA-Schraube“ soll die Verlässlichkeit der Hydroxylapatit-Interferenzschraube in der unfallchirurgischen beziehungsweise orthopädischen Anwendung bei der Kreuzbandersatzplastik geprüft und das neuartige Schraubenkonzept validiert werden.

Die Grundlagen der HA-Schraube wurden bereits erfolgreich von den Projektpartnern aus Bremen entwickelt. Die wesentliche Herausforderung beim Einsatz von HA als Implantatwerkstoff besteht in der Erreichung einer genügend hohen biomechanischen Festigkeit für die medizinische Anwendung bei einer gleichzeitig komplexen Formgebung. Hierzu sollen sowohl ein keramikgerechtes Schraubendesign gefunden und gleichzeitig die Spritzgusstechnik mit HA-Pulver für die Herstellung von Interferenzschrauben weiterentwickelt werden. Der Spritzguss hat als für eine Serienfertigung geeignetes Formgebungsverfahren den Vorteil geringer Kosten sowie einer hohen Designfreiheit und bietet daher die Möglichkeit, auch ein komplexes dreidimensionales Implantat ohne jegliche Nachbearbeitung herzustellen. Anhand einer Prototypenserie wurde in gemeinsamen Voruntersuchungen bereits gezeigt, dass es gelingen kann, eine komplexe Schraubenform mit einer guten mechanischen Stabilität herzustellen. Aufgabe der Gießener Forscher um den Unfallchirurgen/Orthopäden Prof. Christian Heiß ist es unter anderem, die neue Kreuzbandschraube in in vivo-Studien zu testen.

MEDICA.de; Quelle: Justus-Liebig-Universität Gießen