Pro - Biomet

XPE
Quervernetzte Polyethylene
von Prof. Dr. med. Dipl.-Ing. Rainer Bader*, Dipl.-Ing. Carmen Zietz*
Die Hauptursache von Implantatversagen beim künstlichen Gelenkersatz ist bis
heute die aseptische Implantatlockerung, die vor allem durch Abrieb an den Gelenkpartnern
induziert wird. Den größten Anteil am Abrieb nehmen Partikel aus Polyethylen
ein, welches neben Metall und Keramik der am häufigsten eingesetzte
Gleitpartner ist. Die freigesetzten Abriebpartikel führen zu Immunreaktionen im Gewebe,
welche konsekutiv Osteolysen hervorrufen und die Verankerung der Implantate
im Knochen beeinträchtigen können. Um diesem Problem zu begegnen,
wurden die quervernetzten Polyethylene entwickelt.
Polyethylen in der Endoprothetik
Der seit den 1960ern als Gleitpartner eingesetzte
Kunststoff basiert auf ultrahochmolekularem
Polyethylen (UHMWPE), das
anfänglich unter Luftatmosphäre mit Gammastrahlen
sterilisiert wurde. In den 1990er
Jahren wurden Mechanismen der Veränderung
der chemischen Eigenschaften des
UHMWPE durch ionisierende Strahlung und
die damit verbundene Oxidation und Herabsetzung
der mechanischen Eigenschaften
des Polymers aufgeklärt. Da dadurch die
Abriebbeständigkeit und Haltbarkeit der Implantate
reduziert werden, wurde intensiv an
der Verbesserung des UHMWPE hinsichtlich
Abrieb und Oxidation gearbeitet. Durch
Ausgangsmaterial – UHMWPE
gepresst oder extrudiert
die zusätzliche Quervernetzung der Polymerketten
des Polyethylens kann eine Erhöhung
der Abriebbeständigkeit und eine
längere In-vivo-Haltbarkeit für den Einsatz
als Implantatwerkstoff erzielt werden. 1 Unterschiedliche
Techniken zur Herstellung
der quer- bzw. hochvernetzten Polyethylene
werden angewendet (Abb. 1).
Vernetzung der Polymerketten
Dabei wird durch ionisierende Strahlung
(Gammastrahlung oder Elektronenstrahlung)
unterschiedlicher Dosen eine Vernetzung
der Polymerketten des Polyethylens veranlasst.
Die unterschiedlichen Strahlendosen
bewirken unterschiedlich starke Vernet-
Erwärmung des PE
Vernetzung durch Bestrahlung (Gamma-/Elenktronenstrahlung)
Unterhalb der
Schmelztemperatur
Temperierung des PE
Oberhalb der
Schmelztemperatur
Fertigung des Implantates
Sterilisation
(Gamma, Gas-Plasma, ETO)
mit Vitamin E
Diffusion
von
Vitamin E
Abb. 1: Übersicht über unterschiedliche Herstellungstechniken quer- bzw. hochvernetzter Polyethylene
* Forschungslabor für Biomechanik und Implantattechnologie, Orthopädische Klinik und Poliklinik, Universitätsklinikum Rostock
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