23.01.13

Medizintechnik

Wenn Knochen durch Glas ersetzt werden

Die Vorstellung, kaputte Knochen durch Glas zu ersetzen, ist nur auf den ersten Blick absurd: Glas wird seit langem bei Knochendefekten implantiert. Und dabei steht die Forschung erst am Anfang.

Von Grit König

Seit mehr als 30 Jahren setzen Ärzte zermahlenes Bioglas wegen seiner hervorragenden biologischen Eigenschaften vor allem bei kleineren Knochendefekten ein. Doch der Werkstoff könne noch weitaus mehr, ist Professorin Delia Brauer von der Friedrich-Schiller-Universität Jena überzeugt.

Die Forscherin vom Otto-Schott-Institut für Glaschemie gehört zu den weltweit führenden Bioglasexperten und will das Material zum Beispiel als Knochen-Schrauben oder -Platten noch umfangreicher in der klinischen Praxis einsetzen.

Bereits Ende der 1960er Jahre erstmals in den USA entwickelt, wird der kostengünstige und leicht herzustellende Werkstoff seit den 1980er Jahren vor allem bei kleineren Knochendefekten klinisch angewandt. Hauptvorteil bioaktiver Gläser ist die schnelle Oberflächenreaktion, die eine rasche Verbindung mit dem Gewebe möglich macht.

Bioglas-Implantate lösen sich im Körper auf

Ihr größter Nachteil liegt nach den Worten von Forscher Oliver Betz von der Universität Ulm in ihrer geringen mechanischen Festigkeit aufgrund der zweidimensionalen Glasstruktur. Deshalb wird bioaktives Glas im menschlichen Körper nur dort verwendet, wo es wenig mechanisch belastet wird. In der Kieferorthopädie dient es etwa als Knochenfüllmaterial. Außerdem wird es für kleinere Implantate wie künstliche Mittelohrknochen eingesetzt.

Nach Ansicht der Forschung eignet sich das Material aber auch als Beschichtung für stabilere Metallimplantate wie künstliche Knie- oder Hüftgelenke. Die Beschichtung aus Bioglas, bis zu 20 Mikrometer dünn, soll das Knochengewebe schnell an das Implantat anwachsen lassen und es somit fest im Knochen verankern.

Je nach chemischer Zusammensetzung dauert es nur zwischen zehn und 30 Tagen, bis Bioglas vom Körper aufgenommen ist. Verantwortlich ist die Bioaktivität des Glases.

"Implantate aus Bioglas lösen sich nach und nach im Körper auf und bilden dabei das Knochenmineral Apatit", sagt die 36-jährige Jenaer Professorin Brauer. "Dadurch können knochenbildende Zellen fest mit dem Implantat verwachsen und es im Laufe der Zeit durch gesunde Knochen ersetzen."

Glas enthält Stoffe, die im Körper vorkommen

Grund dafür ist die Zusammensetzung von Glas. Es enthält ausschließlich Stoffe, die im menschlichen Körper vorkommen – Silizium, Calcium, Natrium und Phosphat. Der Körper empfindet es nicht als fremd wie Titan, Kunststoff oder andere Implantat-Materialien und nimmt es auf.

Im Gegensatz zu normalem Industrieglas enthält Bioglas weder Blei noch Bariumoxid, die auf den Menschen giftig wirken. Vielmehr stärken die Mineralstoffe im Glas die Knochen und regen sie zu neuem Wachstum an.

Doch die Bioglas-Forschung steht noch am Anfang. In Deutschland gibt es neben Jena nur wenige Arbeitsgruppen – beispielsweise in Erlangen – die sich dem Einsatz von Bioglas widmen.

Die Forscher um Professorin Brauer erkunden neue Zusammensetzungen von Bioglas, um dessen Eigenschaften zu steuern. Neue Komponenten wie Zink können die antibakteriellen Eigenschaften des Glases verbessern, Strontium wirkt gegen Osteoporose.

Implantate müssen nicht mehr entfernt werden

Die Jenaer Wissenschaftler arbeiten zudem auch an mechanisch belastbareren Verbundwerkstoffen aus Glasfasern und Polymeren, die als Schrauben oder Platten im menschlichen Körper eingesetzt werden können. "Da die Implantate vom Körper resorbiert werden, müssen sie später nicht mehr entfernt werden", sagt Brauer.

Einen Forschungspartner dafür hat sie im Waldkrankenhaus Eisenberg gefunden. Elastische und gleichermaßen feste Bioglasfasern können nach den Worten von Professor Raimund Kinne künftig bei Wirbelsäulen-Erkrankungen durch Osteoporose ihren Einsatz finden.