Bandscheiben-Implantate können nach ihrem „Verfallsdatum“ nicht einfach ausgewechselt werden und mussten bisher häufig versteift werden, was die Bewegungsfreiheit einschränkte. Forscher konnten nun bewegliche Implantate so beschichten, dass sie ein Leben lang halten.
Durch die tägliche Beanspruchung und Bewegung im Körper nutzen sich auch die besten künstlichen Gelenke ab; das Material verschleißt, Abriebpartikel können unerwünschte Immunreaktionen auslösen, so dass ein Ersatz notwendig wird. Grundsätzlich ein Standardeingriff, der bei den meisten Implantaten bis zu drei Mal wiederholt werden kann. Da beim Explantieren des Implantats jedes Mal Knochenmaterial verloren geht, muss das neue Gelenk mehr Knochen ersetzen und ist daher größer. Bei Bandscheiben ist das allerdings kaum möglich. Sie liegen zu nahe an Rückenmark-Nervenbahnen und Gewebestrukturen, die bei einer weiteren Operation beschädigt werden könnten. Bandscheiben wurden bislang nicht durch bewegliche Gelenke, sondern durch sogenannte Cages ersetzt, eine Art Platzhalter, der einerseits stützt, andererseits eine Fusion der benachbarten Wirbelkörper ermöglicht, diese also zusammenwachsen lässt. Das allerdings versteift die Stelle, an der zuvor die Bandscheibe für ausreichend Bewegungsfreiheit gesorgt hat. Diese Versteifung kann dann dazu führen, dass im Laufe der Jahre die benachbarten Bandscheiben aufgrund der höheren Beanspruchung ebenfalls versteift werden müssen. Bewegliche Bandscheiben-Implantate könnten dieses Problem verringern. Viele derzeit erhältliche Produkte bergen allerdings das Risiko, aufgrund des Materialabriebs Allergien oder Abstoßungsreaktionen auszulösen.
Erste Versuche, die Lebensdauer von künstlichen Gelenken zu erhöhen, wurden in der Vergangenheit von diversen Herstellern mit einer superharten Beschichtung aus DLC (diamond-like carbon) erbracht – mit schweren Folgen. Rund 80 Prozent aller DLC-beschichteten Hüftgelenke versagten innerhalb von nur acht Jahren. Forscher der Empa-Abteilung „Nanoscale Materials Science“ nahmen sich dieses Problems an und fanden heraus, dass das Implantatversagen nicht von der Beschichtung selber herrührte, sondern am Korrosionsverhalten des Haftvermittlers zwischen der DLC-Schicht und dem Metallkörper lag. Diese Schicht bestand bislang aus Silizium und korrodierte im Laufe der Jahre, was zum Abplatzen der Schicht, einem stärkeren Abrieb und als Folge davon zu Knochenschwund führte. „Unser Ziel war es, einen Haftvermittler zu finden, der nicht korrodiert und ein Leben lang im Körper hält“, erklärt Kerstin Thorwarth. Rechts das unbeschichtete Implantat, in der Mitte das mit DLC beschichtete Implantat mit ungenügenem Haftvermittler und dementsprechender Korrosion und links das von der Empa optimierte DL. © Empa
„Wir haben das halbe Periodensystem durchprobiert.“ Schließlich wurde man fündig und setzte Tantal als Haftvermittler ein. Getestet wurde diese Beschichtung auf einem sogenannten Total Disc Replacement – einem beweglichen Bandscheiben-Implantat. 100 Millionen Zyklen, also ungefähr 100 Jahre Bewegung, wurden in einem eigens hierfür konstruierten Gelenksimulator nachgestellt. Das kleine Bandscheiben-Implantat hielt stand und blieb ohne Abrieb und Korrosion vollständig einsatzfähig. Bald soll der neue Haftvermittler in Kombination mit DLC-Beschichtungen auch bei anderen Gelenken zum Einsatz kommen. „Die Bandscheibe ist das heikelste Gelenk für Implantate. Weil sich Tantal hierbei so gut bewährt hat, kann das DLC-Projekt nun auf andere Gelenke angewandt werden“, sagt Thorwarth.
