"Oberflächenaktiviertes Aluminiumoxid – ein bahnbrechendes Implantatmaterial für die Orthopädie"

Ein Gehäusedeckel aus dem Metalldrucker. ©Fraunhofer IFAM


In einer Kooperation zwischen der Orthopädischen Klinik und dem Institut für Gesteinshüttenkunde der RWTH ist es erstmals gelungen, einen keramischen Werkstoff, der aufgrund seiner biologischen Inaktivität bisher nur beschränkt als Implantat eingesetzt werden konnte, in einem einfachen Verfahren so zu verändern, dass Knochenzellen besser anheften und so ein besserer Verbund zwischen Implantat und körpereigenem Knochen erzielt wird.

Oxidkeramiken sind in der Orthopädie als sehr belastungsstabiler, verschleißbeständiger Werkstoff bekannt. Im Vergleich mit anderen Prothesenmaterialien erzeugen keramische Prothesen deutlich weniger Abriebpartikel. Hierdurch wird die Lockerung der Prothese, die üblicherweise nach etwa 15 Jahren eintritt verhindert oder wenigstens deutlich verzögert. Rein keramische Prothesen sind jedoch nicht bioaktiv, zwischen Knochen und Implantat entsteht statt eines festen Verbundes eine Bindegewebszwischenschicht. Dies führt zu deutlich früherer Lockerung, so dass bisher rein keramische Prothesen nicht denkbar waren.

In einer ungeförderten Zusammenarbeit zwischen der Orthopädischen Klinik und dem Institut für Gesteinshüttenkunde der RWTH Aachen konnten erstmals mechanisch hoch belastbare Oxidkeramiken so bearbeitet werden, dass an der Oberfläche bioaktive Gruppen entstehen, die zu einem deutlich verbesserten Materialknochenkontakt führen. Das nasschemische Verfahren ist einfach und kostengünstig umzusetzen. Selbst komplexe Geometrien und Hinterschneidungen lassen sich gezielt bioaktivieren. Nach der Bioaktivierung zeigen die Oxidkeramiken die gleichen mechanischen Eigenschaften wie unbehandeltes Ausgangsmaterial.

In Zellkulturtests in der Orthopädischen Klinik konnte nachgewiesen werden, dass menschliche Osteoblasten, die für den Knochenaufbau verantwortlich sind, deutlich besser an diesem Material anheften und schneller wachsen. Dies lässt auf ein deutlich verbessertes Einheilungsverhalten der Keramikprothese im Körper und damit auf eine längere Trage-Dauer schließen.

Das Interesse der Industrie an dieser weltweit zum Patent eingereichten Entwicklung ist hoch. In weiteren Tests haben potentielle Lizenznehmer bereits die Reproduzierbarkeit der Aktivierung sicher nachgewiesen.

Als nächstes gilt es, die Langzeitauswirkungen auf den tierischen und menschlichen Organismus zu untersuchen, die durch die an der Oberfläche gebildeten Hydroxide eintreten. Der Übertragung dieser Technik auf Implantate sowie der technisch möglichen Ankopplung weiterer bioaktiver Substanzen an die Oberfläche wird zukünftig ein besonderer Stellenwert zufallen, da hierbei neue Anwendungen im Gelenk-, Wirbel- und Dentalbereich möglich werden.

Ihre Ansprechpartner:
Univ.-Prof. Dr. Rainer Telle
Institut für Gesteinshüttenkunde, Lehrstuhl für Keramik und feuerfeste Werkstoffe
Mauerstr. 5
52064 Aachen
Telefon: 0241/804968
Telefax: 0241/8888226
E-Mail: telle@ghi.rwth-aachen.de

Prof. Dr. med. F. U. Niethard
Dr. med. C. Niedhart
Orthopädische Klinik
Pauwelsstr. 30, 52074 Aachen
Telefon: 0241/8089410
Telefax: 0241/8888453
E-Mail: cniedhart@glx.de

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Thomas von Salzen idw

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Die Materialwissenschaft bezeichnet eine Wissenschaft, die sich mit der Erforschung – d. h. der Entwicklung, der Herstellung und Verarbeitung – von Materialien und Werkstoffen beschäftigt. Biologische oder medizinische Facetten gewinnen in der modernen Ausrichtung zunehmend an Gewicht.

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