Prävention, Therapie und Sportslife für ... - MedicalSportsNetwork

forschung
Durchwachsene Strukturen
Dr.-Ing. Peter Quadbeck,
Fraunhofer-Institut für Fertigungstechnik und
Angewandte Materialforschung, Institutsteil Dresden
Zellulare Implantatwerkstoffe aus Titan sind hoch
belastbar und dabei so elastisch wie ein
spongiöser Knochen. Als knochenähnliches und
durchwachsbares Implantat ermöglichen sie das
Ersetzen großer Defekte ohne die Entnahme
körpereigenen Knochens. Das Ziel der Entwicklung
ist die schnellere Mobilisierung des
Patienten und die Beschleunigung des Heilungsprozesses.
Große Knochendefekte stellen nach wie
vor ein medizinisches Problem dar. Nicht
nur bei Sportverletzungen, sondern auch
in der Traumatologie oder bei der operativen
Behandlung von Knochen tumoren
oder Absiedlungen anderer bösartiger
Tumoren im Knochen entstehen Defekte,
die vom Körper nicht spontan
kompensiert werden können. Diese
Läsionen müssen solange stabil ersetzt
werden, bis neu gebildeter körpereigener
Knochen in der Lage ist, die mechanische
Funktion wieder selbstständig zu
übernehmen. In der Regel werden solche
Defekte heutzutage durch körpereigene
Knochen ersetzt und beinhalten damit
zusätzliche risikobehaftete Eingriffe.
Alternativ wird massives Knochenersatzmaterial
eingesetzt, das allerdings
aufgrund seiner mechanischen Eigenschaften
unvorteilhaft ist. Solche
Implantate sind weitaus steifer als der
umgebende Knochen und übernehmen
an dieser Stelle die gesamte Last, die
auf den betreffenden Körperteil wirkt.
Knochen wird vor allem dort gebildet,
wo er biomechanisch stimuliert wird.
Ohne Belastung kommt es dagegen zur
Verringerung der Knochendichte, ein
Effekt, der beim Einsatz von massiven
Implantaten zur Knochendegeneration
führt.
Zellulare Metalle
Zellulare metallische Werkstoffe besitzen
aufgrund ihrer porösen Struktur
eine stark verringerte Steifigkeit. Dieser
Wert liegt typischerweise im Bereich
der Steifigkeit eines spongiösen Knochens.
Als Spongiosa wird die am Ende des
Knochens im gelenknahen Bereich
vorliegende hochporöse Struktur des
Knochens bezeichnet, die gerade bei
osteoporotischen Patienten häufig
Defektfrakturen erleidet. Offenzellige
Metalle erlauben das Einwachsen von
Knochenzellen und von Blutgefäßen,
die für das Knochenwachstum unbedingt
notwendig sind. Neben diesem
Effekt der mechanischen Verklamme­
rung des Implantats ist die Stimulation
des Knochenwachstums noch wichtiger.
Für den Patienten bedeutet das eine
schnellere Mobilisierung und einen
schnelleren Heilungsprozess. Dabei
können die mechanischen Eigenschaften
des Knochenersatzmaterials durch eine
gezielte Einstellung der Dichte und der
Struktur an die des individuellen Knochens
angepasst werden. Insbesondere
kann so eine auf den Patienten zugeschnittene
Anpassung an den Zustand
des umgebenden Knochenmaterials vorgenommen
werden. Dadurch kann das
Material beispielsweise sowohl an einen
jugendlichen Knochen als auch an einen
osteoporotischen alten Knochen angepasst
werden.
TiFoam-Projekt
Für dauerhaft im Körper verbleibende
Implantate ist Titan der gängige Werkstoff.
Einer der Hauptgründe dafür ist
die gute Biokompatibilität dieses Materials.
Das ist wichtig für eine binde­
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