Duale Beschichtung für verbesserte Implantate

Infolge unserer alternden Gesellschaft sind immer mehr Menschen auf künstlichen Knochen- und Gelenkersatz angewiesen. Oftmals kommt es bei den Implantationen zu Folgeeingriffen aufgrund von Infektionen. Eine duale Beschichtung für Implantate soll durch eine Kombinationswirkung sowohl das Einwachsen in den Knochen fördern als auch das Risiko bakterieller Entzündungen reduzieren.

Der Einsatz künstlichen Gelenk- und Zahnersatzes in Deutschland steigt kontinuierlich an. Allein die Zahl der Implantationen künstlicher Hüftgelenke in Deutschland liegt bei über 150.000 pro Jahr. Derzeit werden bei künstlichem Gelenk- und Zahnersatz hauptsächlich Implantate aus metallischem Grundmaterial, beispielsweise aus Kobalt/Chrom-Legierungen oder Titan und Titanlegierungen, eingesetzt. Dies hat den Nachteil, dass toxische Metallionen oder Metallpartikel durch Abrieb und chemische Prozesse im menschlichen Körper freigesetzt werden. Dadurch können Entzündungsreaktionen, allergische Reaktionen bis hin zu Prothesenlockerungen hervorgerufen werden. Als patientenverträglichere Alternative zu metallischen Implantatmaterialien werden oxidkeramische Materialien aus Aluminium- und Zirkoniumoxid erforscht und auch bereits klinisch eingesetzt. Unabhängig vom eingesetzten Implantatmaterial sind Infektionen aufgrund von Keimen nach einer Operation für den Patienten problematisch. Bei künstlichen Hüftgelenken sind bei rund 17.000 Fällen pro Jahr Folgeeingriffe erforderlich, die mit hohen Belastungen für die Patienten und hohen Kosten für das Gesundheitssystems einhergehen. Infektionen stellen mit ca. 15 % eine häufige Ursache für Folgeeingriffe dar und können oftmals den Verlust des Implantates zur Folge haben.

Lösung für länger haltbaren künstlichen Gelenk- und Zahnersatz

Hier setzt das Verbundprojekt KeraDuo an, das dual wirksame Beschichtungen für eine neuartige keramische Hüftpfanne sowie für Dentalimplantate erforscht.  Ziel ist es, zum einen das Anwachsen (Osseointegration) dieser Implantate in das Knochengewebe zu beschleunigen und eine feste Fixierung zu ermöglichen und zum anderen einen wirksamen antibakteriellen Schutz der Implantate während des Einwachsens zu gewährleisten. Hierzu soll auf einer osseointegrativen Beschichtung aus Metall bzw. Bioglas, die das Einwachsen stimuliert und fest auf dem Implantat verankert ist, eine weitere Schicht mit einer antibiotischen Substanz auf Basis von Gentamicin-Salzen aufgebracht werden. Hierzu gilt es, die Beschichtungsmaterialien optimal aufeinander abzustimmen und eine industrietaugliche Beschichtungstechnologie zu erarbeiten. Ein besonderes Augenmerk liegt auf einer hohen Haftfestigkeit des Schichtverbundes auf dem Implantat, um zu verhindern, dass sich die Schicht infolge hoher mechanischer Beanspruchung bei der Operation ablöst. Weitere Herausforderungen liegen darin, die einzelnen Beschichtungen so zu designen, dass sie sich nicht in der Funktion beeinträchtigen und die gesetzlichen Vorgaben für Medizinprodukte eingehalten werden.

Im Falle eines Projekterfolges stehen die Chancen gut, die beschichteten Implantlösungen am Markt zu etablieren. In diesem Marktsegment werden weltweit große Anstrengungen zur Entwicklung neuer Lösungen unternommen. Allerdings gibt es momentan keine Produkte, die mit dem im Projekt verfolgten Ansatz vergleichbar sind. Die dualen Beschichtungen könnten Beiträge liefern, um die gesundheitlichen Belastungen für betroffene Patienten und die Kosten für das Gesundheitssystem zu mindern.