Bioresorbierbare Mg-Fe Implantate in der Knochenheilung

Zur Stabilisierung von Frakturen der unteren Extremität, insbesondere des Oberschenkels und des Schienbeins, benötigt man lasttragende Implantate, die das Körpergewicht des Patienten tragen können,umihn möglichst rasch zu mobilisieren. Dadurchwird die Knochenregeneration angeregt und Sekundärkomplikationen, wie Thrombosen oder Embolien vorgebeugt. Derzeit werden permanente Metalle in Form von Platten, intramedullären Nägeln, Schrauben, Drähten und Platten aus Titan oder Edelstahl zur Frakturfixierung verwendet. Diese Materialien erfüllen jedoch die biologischen Anforderungen nicht zur Gänze, weil sie eine hohe mechanische Steifigkeit im Vergleich zum menschlichen Knochen aufweisen. Dadurch wird wenig Last auf den Knochen übertragen, was sogar zu einem Abbau des Knochens unter den Materialien führt. Infolgedessen können Schmerzen oder erneute Frakturen auftreten (z.B. Brüche oberhalb oder unterhalb einer Platte), die sogar eine operative Entfernung erforderlich machen. Implantate aus resorbierbaren Materialien bieten eine hervorragende Alternative um diese Nachteile und Komplikationen zu vermeiden. Implantate aus Magnesium(Mg)-basierten Legierungen lösen sich im menschlichen Körper auf und weisen ähnliche mechanische Eigenschaften wie dieser auf der Knochen trägt rasch wieder Last und wird trainiert. Klinische Studien am Menschen zeigten eine nebenwirkungsfreie, vollständige Auflösung des Magnesiumimplantats nach etwa drei Jahren. Bisher ist die Festigkeit von Mg-basierten Implantaten jedoch zu gering, um Frakturen von lasttragenden Knochen (Oberschenkel, Knöchel) zu fixieren. Ziel des Projektes ist es daher resorbierbare Materialien mit ausreichender Festigkeit zur Stabilisierung von lasttragenden Knochen zu entwickeln, sowie deren Verträglichkeit im Organismus zu untersuchen. Um die nötigen Festigkeiten zu erreichen, werden wir anstelle von Mg-Legierungen, Mg-Fe Verbundwerkstoffe herstellen, und deren Biokompatibilität, den Abbau und die mechanische Festigkeit in Zell- und Tierversuchen testen. Wir bewerten die Komposite hinsichtlich Material- und Auflösungsverhalten. Die klinische Anwendbarkeit wird in einem Kleintierversuch simuliert, in welchem wir einen Knochenbruch mit den Mg/Fe Verbundwerkstoffen stabilisieren und die Heilungsfähigkeit und qualität des Knochens analysieren. Darüber hinaus werden mögliche Entzündungsreaktionen und Nebenwirkungen untersucht. Die gewonnenen Daten werden mit etablierten Mg-Legierungen sowie permanenten Implantatwerkstoffen verglichen. An dem Projekt sind Forscher und Chirurgen von Universitätskliniken beteiligt (Kliniker und Forscher: Stange, Weinberg), Molekularbiologen (Timmen, Sommer), Materialwissenschaftler (Renk, Eckert), um die notwendigen Arbeiten zur Entwicklung des ersten bioresorbierbaren, lasttragenden Implantats aus einem Mg/Fe Verbundwerkstoff durchzuführen.