Gelenkig bleiben

Jährlich werden in Deutschland 400.000 künstliche Gelenke eingesetzt. Hüft- und Kniegelenke sind dabei am häufigsten betroffen, hinzu kommen Schulter-, Ellenbogen- oder Fingergelenke. Die Lebenserwartung der Prothesenträger und der mit der längeren Tragedauer einhergehende Gelenkverschleiß steigen stetig. Gleichzeitig werden die Patienten, die ein Implantat erhalten, immer jünger. Deshalb wachsen die Anforderungen an den Gelenkersatz wie Beweglichkeit, dauerhafte Belastbarkeit und Freiheit bei Sportaktivitäten. Das erfordert Prothesen, die lange halten, verträglich und dennoch möglichst günstig in der Herstellung sind. Ein Expertenteam aus dem Medical Valley Europäische Metropolregion Nürnberg (EMN) hat sich in dem Leitprojekt „OSTEOFIT 2030“ der BMBF-Spitzencluster-Förderung das Ziel gesetzt, die Haltbarkeit und Verträglichkeit von Implantaten zu verbessern und gleichzeitig die Herstellungskosten zu senken. Der erste Projektabschnitt wurde jetzt abgeschlossen – mit vielversprechenden Ergebnissen. 

Längere Lebensdauer, weniger Infektionen

Die Implantate unterscheiden sich in Material, Größe und Herstellung. Welches Implantat am besten geeignet ist, hängt von unterschiedlichen Faktoren wie dem Krankheitsbild oder der Knochenqualität des Patienten ab. Die Projektgruppe aus dem Medical Valley EMN hat sich bei ihrem Forschungsvorhaben auf Titan-Implantate spezialisiert. Dieses Metall ist sehr leicht, dennoch fest und korrosionsbeständig. Kaum ein anderer metallischer Implantat-Werkstoff weist eine so hohe Biokompatibilität auf wie Titan. Bei einer Implantation spielen zahlreiche Faktoren wie Begleiterkrankungen der Patienten sowie Beanspruchung und Qualität des Implantats eine entscheidende Rolle. Um die Technologien und Verarbeitungsprozesse bei den Implantaten zu verbessern, haben sich die Projektpartner Anregungen aus der Luft- und Raumfahrttechnologie geholt. Die bisher durchgeführten Tests bestätigen den Ansatz der Projektgruppe: Durch eine neuartige Oberflächenbehandlung der Prothesen mit Silber-Ionen, die antibakteriell und antibiotisch wirken, werden schwerwiegende Infektionen verhindert oder sogar saniert. Die Experten testen weitere Beschichtungen, um den Abrieb der Gleitelemente im künstlichen Gelenk weiter zu reduzieren. Dies kommt einer verlängerten Lebensdauer und Implantatstandzeit zu gute. Außerdem forscht die Projektgruppe an einer besseren Versorgung von Allergikern.

Implantate bezahlbar machen

Titan bietet viele Vorteile hinsichtlich der Materialverträglichkeit, bereitet jedoch Schwierigkeiten bei der Verarbeitung. Das macht vor allem Sonderimplantate für besonders große und komplexe Knochendefekte derzeit noch sehr teuer. Eine Sonderanfertigung als Individualprothese kostet heute etwa 12.000 bis 20.000 Euro. In dem Spitzencluster-Projekt haben die Forscher um Peter Brehm ein Herstellungsverfahren getestet, das in Luft- und Raumfahrt bereits erprobt ist und für die Medizintechnik hohe Einsparpotenziale in Aussicht stellt: die Schleudergusstechnologie. Durch die kontinuierliche Rotation während des Produktionsverfahrens entsteht ein dichtes Material ohne Einschlüsse mit ausgezeichneten Eigenschaften. Da der Herstellungsprozess aus technologischer Sicht beherrschbar ist, stehen die benötigten Produktionsmaschinen und Werkzeuge relativ kostengünstig zur Verfügung. Damit ließen sich Sonderimplantate und potenziell auch Serienimplantate in Zukunft deutlich preiswerter produzieren. Ein echter Mehrwert: Die Eingriffe, die von den gesetzlichen Krankenkassen übernommen werden, werden günstiger und entlasten damit das Gesundheitssystem. Zudem sind durch positive Eigenschaften im Materialgefüge längere Standzeiten der Implantate möglich; Wechseloperationen werden seltener notwendig. Dies spart zusätzlich Kosten.

Gute Aussichten für die Serienherstellung

Mit den Ergebnissen des ersten Projektabschnittes von „OSTEOFIT 2030“ sind die Projektpartner von Peter Brehm – zwei Unternehmen aus Bad Staffelstein, das Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf sowie forschende Abteilungen an den Universitäten Erlangen, Bayreuth und Ulm – sehr zufrieden. „Durch die neuartigen Beschichtungen und das spezielle Schleudergussverfahren können wir vor allem auch bei jüngeren und aktiven Patienten mit einer längeren Lebensdauer des Implantates rechnen“, so Oliver Brehm, Mitglied der Geschäftsleitung beim Prothesen-Hersteller Peter Brehm. Der nächste Schritt, die Entwicklungsphase für eine serienmäßige Produktion des silberbeschichteten Titan-Implantates, ist bereits in Planung.

Wieder fit durch Gelenkersatz

Die Gelenkersatzoperation gilt als eine der erfolgreichsten chirurgischen Eingriffe: Sie lindert die oft langwierigen Beschwerden der Betroffenen und gibt ihnen ihre Beweglichkeit zurück. Durch moderne Operationstechniken und hochwertige Implantate ist die Therapie mit einem künstlichen Gelenk heutzutage sehr patientenschonend. Derzeit halten Hüftgelenkersatz-Implantate bei entsprechender Belastungssituation durchschnittlich 20 Jahre. Dann kann eine Wechseloperation notwendig werden. Die häufigste Ursache für die Implantation eines künstlichen Gelenkersatzes ist Arthrose, der Verschleiß des Knorpels zwischen den Gelenkflächen.

 

Foto: S.Hofschlaeger/www.pixelio.de