Künstliche Kniegelenke aus Titan sollen günstiger werden

Nach dem künstlichen Hüftgelenk ist das Kniegelenk die zweithäufigste implantierte Prothese in Deutschland. Jährlich werden etwa 175.000 künstliche Kniegelenke eingesetzt. Und der Bedarf steigt. Dabei ist die Medizintechnik seit den ersten Versuchen vor 120 Jahren, als ein Berliner Arzt erstmals ein Scharnier aus Elfenbein als Knieersatz implantierte, einen weiten Weg gegangen. Die heutigen Knieimplantate bestehen zumeist aus einer Kobalt-Chrom-Gusslegierung und halten etwa zehn bis zwölf Jahre. Materialwissenschaftler forschen intensiv daran, den Verschleiß und die Kosten der künstlichen Kniegelenke zu senken.

Titan hat eine hohe Festigkeit und ist für den Körper gut verträglich

Nun hat das Bundesforschungsministerium für das Projekt Osteofit zwei Millionen Euro bewilligt. Das Knie-Implantatsystem auf Basis von Titan soll verschleißarm sein und Knochenwachstum fördern. In den kommenden drei Jahren will ein Konsortium aus medizintechnischen Unternehmen und Materialwissenschaftlern verschiedener Universitäten gemeinsam mit dem Projektträger, dem Verein Deutscher Ingenieure (VDI), ein neuartiges marktreifes Kniegelenk entwickeln. So wollen sie das Einwachsverhalten der Implantate verbessern, aseptische Lockerungen, also Instabilitäten, die beispielsweise durch Abrieb verursacht werden, und allergische Reaktionen auf die benutzten Materialien verringern. Zugleich sollen die bisher hohen Herstellungskosten gesenkt werden.

Ein großer Teil der Projektgelder, etwa 600.000 Euro, geht dabei an das Institut für Werkstoffkunde und Werkstofftechnik (IWW) der TU Clausthal. Die Materialwissenschaftler wollen statt der meist üblichen Kobalt-Chromlegierung Titan verwenden, das sich durch hohe Festigkeit auszeichnet und für den Körper sehr verträglich ist.

„In dem neuen Projekt soll geklärt werden, ob es technologisch möglich ist, durch Schleuderguss einen Kniegelenkersatz aus der für chirurgische Implantate verwendeten Titanlegierung Ti-6Al-4V herzustellen”, erklärt Manfred Wollmann vom IWW. Beim Schleuderguss wird das flüssige Metall in eine Gussform gedrückt, die sich um ihre Mittelachse dreht. Das Gussprodukt hat dadurch weniger Poren, ist reiner und wesentlich fester.

VDI bewilligt Gelder für einen Prüfstand

Im Clausthaler Zentrum für Materialtechnik soll das optimale Gussgefüge für die Titanlegierung gefunden werden. Anschließend wird es darum gehen, eine neuartige Verschleißschutzschicht für die Oberfläche des Implantats zu entwickeln. Danach sollen die fertigen Gelenke auf Ermüdung und Verschleißverhalten getestet werden. Für diese Versuche hat der VDI zusätzliche Mittel für einen Prüfstand bewilligt.

Weitere Partner im Projekt Osteofit sind Unternehmen der Medizintechnik wie Peter Brehm, MedTitan und Medimet, die sich zum Teil auf die Entwicklung und Herstellung von Implantaten aus Titan spezialisiert haben. Außerdem beteiligt sind die Universität Ulm und das an der Technischen Hochschule Aachen angegliederte Materialforschungszentrum Access.