MEDIZIN

DOC-CHECK LOGIN

Abb.: Der neue Titan-Werkstoff weist eine schaumartige Struktur auf. Photo: Fraunhofer IFAMTitanschäume ersetzen verletzte Knochen

 

München (1. September 2010) – Flexibel und fest wie der menschliche Knochen und sofort belastbar: Ein neuartiges Implantat aus Titanschaum ähnelt im Aufbau der Struktur im Knocheninneren. Dies macht ihn nicht nur weniger steif als herkömmliche massive Implantate. Es fördert auch das Einwachsen in den angrenzenden Knochen.

Der Mensch wächst mit seinen Aufgaben. Dasselbe gilt für seine Knochen: Werden sie stärker belastet, entwickelt sich dichteres Gewebe. Weniger stark beanspruchte Teile des Skeletts weisen eine geringere Knochendichte auf. Der Reiz der Belastung stimuliert das Wachstum der Matrix. Diesen Effekt wollen Mediziner künftig verstärkt nutzen, um Implantate dauerhafter und stabiler mit den Knochen des Patienten zu verbinden. Dafür muss der Knochenersatz jedoch so gestaltet sein, dass er ein Einwachsen begünstigt – mit Poren und Kanälen, durch die Blutgefäße und Knochenzellen ungehindert hindurch wachsen können. Material der Wahl bei Implantaten ist Titan der Legierung Ti6Al4V. Es ist langlebig, stabil und belastbar und wird vom Körper gut vertragen. Eher problematisch ist dagegen seine Verarbeitung: So reagiert Titan unter hohen Temperaturen mit Sauerstoff, Stickstoff und Kohlenstoff. Es wird dadurch spröde und brüchig. Entsprechend begrenzt ist die Palette der Produktionsverfahren.

 

Komplexe Innenstrukturen lassen sich mit den etablierten Verfahren noch nicht herstellen. Deshalb werden bei Defekten lasttragender Knochen hauptsächlich massive Titan-Implantate eingesetzt. Viele verfügen zwar über strukturierte Oberflächen, um Knochenzellen Halt zu bieten. Doch die entstandene Verbindung bleibt fragil. Hinzu kommt, dass massive Implantate andere mechanische Eigenschaften aufweisen als das menschliche Skelett: Sie sind wesentlich steifer. »Der angrenzende Knochen wird kaum noch belastet und bildet sich im schlimmsten Fall sogar zurück. Das Implantat lockert sich und muss ausgetauscht werden«, erklärt Dr. Peter Quadbeck vom Fraunhofer-Institut für Fertigungstechnik und Angewandte Materialforschung IFAM in Dresden. Quadbeck koordiniert das Projekt »TiFoam«, in dem ein Titan-Werkstoff für eine neue Generation Implantate entstand. In seiner schaumartigen Struktur ähnelt der Werkstoff der Spongiosa im Knocheninneren.

Der Titanschaum entsteht durch ein pulvermetallurgisches Abformverfahren, welches sich bereits zur industriellen Herstellung keramischer Filter für den Aluminium-Guss bewährt hat: Offenzellige Schäume aus Polyurethan (PU) werden mit einer Lösung aus Bindemittel und feinem Titanpulver imprägniert. Das Pulver lagert sich an den Zellstrukturen der Schäume an. PU und Binder werden verdampft. Zurück bleibt ein Abbild der Schaumstrukturen, das schließlich gesintert wird. »Die mechanischen Eigenschaften der so hergestellten Titanschäume kommen denen des menschlichen Knochens sehr nahe«, berichtet Quadbeck. »Das betrifft vor allem die Balance zwischen hoher Festigkeit und geringer Steifigkeit.« Ersteres ist eine wichtige Voraussetzung für die Verwendung in Knochen, die Gewicht und Bewegung standhalten müssen. Eine knochenähnliche Steifigkeit leitet Belastungsreize weiter und fördert mit der Neubildung von Knochenzellen das Einheilen des Implantats. Dieses kann und soll deshalb sofort nach dem Einsetzen belastet werden.

Im Projekt »TiFoam« haben sich die Partner darauf konzentriert, die Tauglichkeit des Titanschaums beim Ersatz defekter Wirbelkörper nachzuweisen. Er eignet sich ebenso zur »Reparatur« anderer stark belasteter Knochen. Neben den Werkstoff-wissenschaftlern der Fraunhofer-Institute IFAM und IKTS, dem Institut für Keramische Technologien und Systeme in Dresden, waren Mediziner der Uniklinik der TU Dresden sowie mehrere Unternehmen an der Entwicklung des Titanschaums beteiligt. Projektpartner InnoTERE hat bereits angekündigt, künftig aus dem »TiFoam«-Werkstoff Knochenimplantate zu entwickeln und herzustellen.

 

Abb.: Der neue Titan-Werkstoff weist eine schaumartige Struktur auf. Photo: Fraunhofer IFAM

 

Abb.: Der neue Titan-Werkstoff weist eine schaumartige Struktur auf. Photo: Fraunhofer IFAM

 


 

Quelle: Fraunhofer-Gesellschaft, 01.09.2010 (tB).

MEDICAL NEWS

After old age, intellectual disability is greatest risk factor for…
New Corona test developed
Smoking cessation drug may treat Parkinson’s in women
Meeting highlights from the Committee for Medicinal Products for Human…
Using face masks in the community: first update – Effectiveness…

SCHMERZ PAINCARE

Projekt PAIN2020: Wir nehmen Schmerzen frühzeitig ernst. Jetzt für alle…
Wechselwirkung zwischen psychischen Störungen und Schmerzerkrankungen besser verstehen
Lisa Olstein: Weh – Über den Schmerz und das Leben
Wie ein Schmerz den anderen unterdrückt
Opioidtherapien im palliativen Praxisalltag: Retardierte Analgetika zeigen Vorteile

DIABETES

Kinder und Jugendliche mit Typ-1-Diabetes gehören nicht zur Risikogruppe und…
Neue Studie will Entstehung von Typ-1-Diabetes bei Kindern verhindern
Toujeo®: Ein Beitrag zu mehr Sicherheit für Menschen mit Typ-1-Diabetes
Diabetes: Neue Entdeckung könnte die Behandlung künftig verändern
Für Menschen mit Typ-2-Diabetes: Fixkombination aus Basalinsulin und GLP-1-Analogon

ERNÄHRUNG

Führt eine vegane Ernährungsweise zu einer geringeren Knochengesundheit?
Regelmässiger Koffeinkonsum verändert Hirnstrukturen
Corona-Erkrankung: Fehl- und Mangelernährung sind unterschätze Risikofaktoren
Gesundheitliche Auswirkungen des Salzkonsums bleiben unklar: Weder der Nutzen noch…
Fast Food, Bio-Lebensmittel, Energydrinks: neue Daten zum Ernährungsverhalten in Deutschland

ONKOLOGIE

Krebsüberleben hängt von der Adresse ab
Vitamin D-Supplementierung: möglicher Gewinn an Lebensjahren bei gleichzeitiger Kostenersparnis
Konferenzbericht: Aktuelle Daten aus der Hämatologie vom ASH 2020
Anzeige: Aktuelle Daten zur Therapie des fortgeschrittenen Prostatakarzinoms
Aktuelle Daten zu Apalutamid und Abirateron in der Therapie des…

MULTIPLE SKLEROSE

Erste tierexperimentelle Daten zur mRNA-Impfung gegen Multiple Sklerose
Multiple Sklerose: Immuntherapie erhöht nicht das Risiko für schweren COVID-19-Verlauf
Empfehlung zur Corona-Impfung bei Multipler Sklerose (MS)
Fallstudie: Beeinflusst SARS-CoV-2 Infektion die Multiple Sklerose?
Multiple Sklerose: Novartis’ Siponimod verzögert Krankheitsprogression und Hirnatrophie bei aktiver…

PARKINSON

Parkinson-Agenda 2030: Die kommenden 10 Jahre sind für die therapeutische…
Gemeinsam gegen Parkinson: bessere Therapie durch multidisziplinäre Versorgung
Neuer Bewegungsratgeber unterstützt Menschen mit M. Parkinson durch Yoga
Covid-19-Prävention: besondere Vorsicht bei Patienten mit der Parkinson-Krankheit
Neue Studie zur tiefen Hirnstimulation bei Parkinson-Erkrankung als Meilenstein der…