Ein interdisziplinäres Forschungsteam der Uni Magdeburg entwickelt neue Materialien für langlebige Implantate. Biokompatible und antibakterielle Legierungen mit speziellen biomechanischen Eigenschaften sollen künftig schädliche Wechselwirkungen der Implantate mit dem umliegenden menschlichen Gewebe und dadurch entstehende Entzündungsreaktionen bzw. Infektionen verhindern.
Ziel ist, die Haltbarkeit und Verträglichkeit künstlicher Gelenke zu verlängern und Implantatrevisionen zu vermeiden.
Aktuell eingesetzte Implantatwerkstoffe seien zwar prinzipiell schon von sehr hoher Qualität, aufgrund von Lockerungen, bedingt durch Abrieb und Korrosion, kann es dennoch zu postoperativen Komplikationen kommen, sagt die Ingenieurin Prof. Manja Krüger. Um diese Probleme zu beheben, würden für die Patient*innen belastende und teure Revisionsoperationen nötig. „Vor allem während der Nutzung im Organismus entstehender Abrieb und resultierende Infektionen führen häufig dazu, dass Endoprothesen wieder entfernt oder ausgetauscht werden müssen.“
Damit diese Revisionsoperationen in Zukunft nur noch selten nötig werden, forschen die Wissenschaftler*innen in zwei Teilbereichen:
- Ingenieur*innen des Lehrstuhls für Hochtemperaturwerkstoffe befassen sich mit der Materialentwicklung, also dem Design der Legierung sowie mit den mikrostrukturellen und mechanischen Eigenschaften der Materialien und deren Herstellung.
- Biolog*innen und Medizinstudierende aus der Experimentellen Orthopädie arbeiten daran, die Verträglichkeit des neuen Werkstoffs für den Organismus zu verstehen und zu optimieren.
Im Fokus stehen biokompatible Werkstoffe, d.h. Materialien, die für das biologische System verträglich sind, erklärt Krüger. Biokompatibel seien beispielsweise refraktärmetallbasierte Multikomponenten-Werkstoffsysteme.
„Diese sogenannten Hoch- und Mediumentropie-Werkstoffe ermöglichen eine große Vielfalt von Kombinationen, was zu neuen Werkstoffen mit außergewöhnlichen Eigenschaften führt. Kürzlich entwickelte Materialien dieser Art zeigen zum Beispiel hervorragende mechanische Eigenschaften, verbesserte Abriebfestigkeit und sowohl korrosive als auch thermische Beständigkeit, die denen von aktuellen Legierungen überlegen sind.“
Diese Legierungen hätten gegenüber den im Moment eingesetzten silberbeschichteten Implantaten den Vorteil, dass bei ihnen noch keine Resistenzen bekannt seien. Bekannt ist, dass Bakterien Resistenzen gegen Silber entwickeln können und dessen antibakterielle Wirkung im Laufe der Jahre abgeschwächt wird. Dann könnten periprothetische Infektionen auftreten, so die Biologin Prof. Jessica Bertrand.
Langfristiges Ziel der Forscher*innen ist es, ein passendes Legierungssystem als neuartigen Implantatwerkstoff zu identifizieren, zu entwickeln und im Labor zu erproben. Die zugrundeliegenden materialwissenschaftlichen Zusammenhänge seinen bereits geklärt, die mechanischen Eigenschaften und auch die antibakterielle Wirkung sei bereits nachgewiesen, berichtet Krüger.
Quelle: Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg
