100 Jahre Belastung 05.06.2014, 09:40 Uhr

Neues Beschichtungsmaterial Tantal macht Implantate unverwüstlich

Bewegliche Bandscheiben-Implantate, die praktisch nie mehr ausgetauscht werden müssen, haben Schweizer Forscher entwickelt. Dank eines neuen Haftmittels wird der Verschleiß praktisch gestoppt. Im Test an einem speziell entwickelten Gelenksimulator hielten die Implantate mit Tantal-Beschichtung rechnerisch der Belastung von 100 Jahren Bewegung stand. 

Deutlich zu sehen sind die Gebrauchsspuren bei herkömmlichen (r.) und mit DLC beschichteten Bandscheiben-Implantaten. Links im Bild die mit Tantal beschichteten Implantate. Getestet wurde jeweils die Belastung in einer Zeitdauer von 100 Jahren.

Deutlich zu sehen sind die Gebrauchsspuren bei herkömmlichen (r.) und mit DLC beschichteten Bandscheiben-Implantaten. Links im Bild die mit Tantal beschichteten Implantate. Getestet wurde jeweils die Belastung in einer Zeitdauer von 100 Jahren.

Foto: Empa

Wer ein künstliches Knie- oder Hüftgelenk besitzt, muss damit rechnen, dass es aufgrund der begrenzten Lebensdauer nach meist 20 Jahren erneuert werden muss. Dauernde Belastung führt zum Verschleiß des Materials. Doch jeder Austausch ist nicht nur mit einer Operation verbunden. Bei jedem Austausch geht zudem Knochenmaterial verloren. Das neue Gelenk muss daher immer größer werden, um mehr Knochen zu ersetzen.

Empa-Forscherin Kerstin Thorwarth präsentiert die Technologie für langlebige Bandscheiben-Implantate. Ein Haftvermittler aus Tantal verhindert den Verschleiß der Implantate und macht einen Austausch überflüssig.

Empa-Forscherin Kerstin Thorwarth präsentiert die Technologie für langlebige Bandscheiben-Implantate. Ein Haftvermittler aus Tantal verhindert den Verschleiß der Implantate und macht einen Austausch überflüssig.

Foto: Empa

Besonders bei Bandscheiben-Implantaten ist das ausgesprochen schwierig. Denn die Nervenbahnen des Rückenmarks liegen zu nahe an den Gewebestrukturen und können bei einer erneuten Operation beschädigt werden. Folglich hilft nur noch eine Versteifung des Gelenkes, was zu starken Bewegungseinschränkungen führt. Dadurch werden die benachbarten Bandscheiben höher beansprucht, die dann im schlimmsten Falle ebenfalls steif gelegt werden müssen.

100 Jahre Einsatz sind möglich

Jetzt ist es Wissenschaftlern der Schweizer Forschungsinstitution Empa der ETH Zürich geglückt, mit dem neuen Beschichtungsmittel Tantal die Lebensdauer von Implantaten dauerhaft zu erhöhen. Auf der Suche nach dem neuen Haftvermittler durchsuchte Empa-Forscherin Kerstin Thorwarth das halbe Periodensystem, bis sie schließlich Tantal erreichte und es erfolgreich testete. Speziell für den Bandscheibentest wurde ein Gelenksimulator konstruiert.

Das Ergebnis: Das Bandscheibenimplantat hielt die Zahl von Bewegungen aus, die über einen Zeitraum von 100 Jahre auf das Implantat einwirken. Dabei kam es weder zu Abrieb noch zu Korrosion. Das Gelenk blieb den ganzen Testzeitraum über voll einsatzfähig.

Prüfstand für Implantate: Auf dem Teststand wurden die Implantate der Bewegungsbelastung von 100 Jahren ausgesetzt.

Prüfstand für Implantate: Auf dem Teststand wurden die Implantate der Bewegungsbelastung von 100 Jahren ausgesetzt.

Foto: Empa

Bisherige Versuche, die Lebensdauer verschiedener Gelenke zu erhöhen, gingen in der Vergangenheit ziemlich schief. Nach nur acht Jahren kam es zum Versagen von 80 Prozent aller Hüftgelenke, die mit der superharten Beschichtung aus DLC (Diamond-like carbon) überzogen waren. Forscher der Empa-Abteilung „Nanoscale Materials Science“ stellten in ihren Untersuchungen fest, dass es dabei zur Korrosion zwischen der DLC-Schicht und dem Metallkörper kam. „Unser Ziel war es, einen Haftvermittler zu finden, der nicht korrodiert und ein Leben lang im Körper hält“, erklärt Kerstin Thorwarth.

Tantal-Beschichtung auch für andere Implantate

„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“, so Thorwarth. Forscher wollen die neue Technologie, also den neuen Haftvermittler in Kombination mit DLC-Beschichtungen, künftig auch bei anderen Gelenken anwenden. 

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