Neue Kreuzbandschraube aus künstlichem Knochenmaterial

Wird bei einer Operation eine Titanschraube eingesetzt, heißt das bislang zwangsläufig: Zur Entfernung muss der Patient erneut operiert werden. Dies könnte bei der Therapie von Kreuzbandrissen durch Kreuzbandersatzplastiken bald Geschichte sein.

Dank der Arbeit von Bremer und Gießener Forschern – Unfallchirurgen der Justus-Liebig-Universität Gießen (JLU), Materialwissenschaftler vom Fachgebiet Keramische Werkstoffe und Bauteile der Universität Bremen und vom Fraunhofer Institut für Fertigungstechnik und Angewandte Materialforschung, Bremen, sowie der Rheinischen Friedrich-Wilhelms-Universität Bonn, Universitätsklinikum Bonn – Klinik und Poliklinik für Orthopädie und Unfallchirurgie (UKB) – sollen Unfallchirurgen und Orthopäden künftig erstmals in der Lage sein, bei solchen Kreuzbandoperationen vollabbaubare Schrauben aus künstlichem Knochenmaterial zu verwenden.

Anders als übliche Schrauben aus Stahl oder Titan sollen die neuen Kreuzbandschrauben aus Hydroxyl¬apatit (HA) vollständig vom Körper abgebaut werden können. Für das Forschungsprojekt „HA-Schraube“ stellt das Bundesministerium für Bildung und Forschung im Rahmen der Förderrichtlinie „Validierung des Innovationspotenzials wissenschaftlicher Forschung – VIP“ über 1 Million Euro zur Verfügung.

Eine entsprechende Urkunde zum Projektstart hat Dr. Helge Braun, Parlamentarischer Staatssekretär bei der Bundesministerin für Bildung und Forschung, am Freitag in Gießen an die Projektpartner übergeben. „Mit VIP haben wir die Voraussetzungen geschaffen, ungenutzte Potenziale von Forschungsergebnissen zu erkennen und eine Brücke zur wirtschaftlichen Verwertung zu bauen“, betont Dr. Braun. „Derzeit werden bereits mehr als 90 Vorhaben mit einem Gesamtvolumen von über 100 Millionen Euro gefördert.“

Die Forscher 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. Dr. Kurosch Rezwan, Leiter des Fachgebietes Keramische Werkstoffe und Bauteile der Universität Bremen.

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 bzw. 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. Dr. Christian Heiß ist es unter anderem, die neue Kreuzbandschraube in in vivo-Studien zu testen.

Kontakt:
Prof. Dr. med. Christian Heiß, Stv. Klinikdirektor/Ltd. Oberarzt
Klinik und Poliklinik für Unfall-, Hand-, Wiederherstellungschirurgie – Operative Notaufnahme
Rudolf-Buchheim-Straße 7, 35385 Gießen
Telefon: 0641 985-44602