05.02.13

Implantate

Langlebige Titan-Knochen aus dem Labor

200.000 künstliche Hüftgelenke werden pro Jahr in Deutschland eingesetzt. Doch auch Implantate verschleißen. Lasertechnik soll nun Kunst-Knochen herstellen, die besser einwachsen und länger halten.

Von Grit Büttner

Der blaue Lichtpunkt schreibt ununterbrochen kryptische Muster. In der Laserschweißmaschine entsteht Punkt für Punkt und Schicht für Schicht ein dreidimensionaler Körper. Wenige Stunden später hat der Automat sein Werk vollbracht. Noch besteht der maßgeschneiderte künstliche Hüftknochen, der im Wismarer Institut für Polymertechnologien (ipt) als Prototyp für Tests entstanden ist, aus Kunststoff.

Doch schon bald sollen solche individuellen Gelenkimplantate mit der gleichen Lasermethode aus hochfestem Titan-Pulver auf den Zehntelmillimeter genau gefertigt werden, wie Geschäftsführer Harald Hansmann erklärt.

Mecklenburger Wissenschaftler arbeiten seit Ende 2012 gemeinsam in einem auf 18 Monate angelegten Forschungsprojekt an künstlich erzeugten Knochen mit möglichst lebensechten Strukturen, wie der Wismarer Werkstoff- und Verfahrensexperte Hansmann sagt.

Erst die neue Technik des selektiven Laserschweißens mache einen solch filigran geschichteten Knochenaufbau aus feinstem Metallstaub möglich, betont der Professor. "Die Kunst besteht darin, die Struktur so weich, flexibel und elastisch wie die eines natürlichen Knochens, zugleich aber genauso stabil und belastbar zu bauen."

Individuelle Implantate

Nicht von der Stange solle der Kunst-Knochen künftig kommen wie herkömmliche Gussteile, betont Hansmann. Vielmehr könnten die medizinischen Ersatzteile in ihrer Geometrie ganz auf den jeweiligen Patienten abgestimmt werden. Die nötigen Daten dazu liefern Aufnahmen eines Computertomografen.

Mit diesen individuellen Werten des Patienten werde die rechnergesteuerte Laserschweißmaschine gefüttert, die dann das entsprechende Implantat aufbaut.

Knackpunkt für das Funktionieren eines künstlichen Hüftgelenks und eine möglichst lange Lebensdauer im Körper des Patienten sei die passgenaue Verbindung zum gesunden Knochen, erklärt Hansmann. Je besser sich das Implantat einfüge, umso schneller wachse es ein.

Ein Lockern des Kunstgelenks, störende Reibung und Beschädigungen des gesunden Knochens könnten verhindert oder zumindest verzögert werden. Die Kunsthüfte halte damit länger und brauche nicht nach rund zehn Jahren, so wie bisher üblich, bei einer erneuten Operation ausgetauscht zu werden.

Auf eine möglichst doppelte Haltbarkeit künstlicher Hüftgelenke hofft auch der am Forschungsprojekt beteiligte Arzt Rainer Bader von der Orthopädischen Klinik der Universität Rostock.

Jedes Jahr würden in Deutschland rund 200.000 künstliche Hüftgelenke eingesetzt, weil die natürlichen verschlissen sind, wie Bader sagt. Hinzu kämen etwa 20.000 sogenannte Revisionsoperationen, bei denen ältere Implantate gegen neue ausgetauscht werden. "Mit zunehmendem Alter der Bevölkerung steigt die Zahl solcher Revisionen", informiert Bader.

Intelligente Leichtbausysteme

"Mit dem neuartigen Laserschmelzen aber können schlaue Strukturen aus festem Metall für einen künstlichen Knochen geschaffen werden", erklärt der Mediziner. Menschliche Knochen seien in ihrem Aufbau wahre Wunder der Natur. Ihnen nachempfundene Formen seien offenporige Raumgitter – ein Art Leichtbausystem.

Als "fließender Übergang" würden solche intelligenten Strukturen an den Kontaktflächen, mit denen das Implantat an den natürlichen Knochen angrenzt, gestaltet. So könne der gesunde Knochen rasch einwachsen, wodurch eine sichere Verbindung zum Kunstknochen entsteht.

An der idealen biochemischen Beschichtung dafür tüftelt die Rostocker Firma DOT als dritter Projektpartner.

Vielleicht schon in drei, vier Jahren könnten die Mecklenburger Knochen-Forscher erste Erfolge beim Einsatz ihrer speziell gebauten Kunst-Hüften im menschlichen Körper haben, wie Rainer Bader hofft.

Klinische Anwendung sollen die neuartigen Knochenimplantate künftig aber auch an Knien, Schultern, Becken, Armen, Beinen oder gar im Kiefer zum Beispiel nach Tumoroperationen finden.