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Auf den Vermittler kommt es an

DLC-Beschichtung: Verbesserte Eigenschaften bei beweglichen Bandscheibenimplantaten
Auf den Vermittler kommt es an

Bewegliche Bandscheiben-Implantate haben Forscher der Empa so beschichtet, dass sie keinerlei Abrieb zeigen. Was an diesem heiklen Beispiel funktioniert, sollte sich auf andere Gelenke übertragen lassen.

Durch tägliche Beanspruchung nutzen sich auch die besten künstlichen Gelenke ab: Das Material verschleisst, Abriebpartikel können unerwünschte Immunreaktionen auslösen, so dass ein Ersatz notwendig wird – bei den meisten Implantaten lässt sich das bis zu drei Mal wiederholen. Da beim Explantieren aber Knochenmaterial verloren geht, muss das neue künstliche Gelenk mehr Knochen ersetzen und ist größer.

Bei Bandscheiben ist die Situation spezieller: Zu nahe liegen sie an Rückenmark-Nervenbahnen und Gewebestrukturen, die bei einer weiteren Operation beschädigt werden könnten. Bislang wurden sie auch nicht durch bewegliche Gelenke, sondern durch so genannte Cages ersetzt. Diese stützen die geschädigte Stelle und ermöglichen eine Fusion der benachbarten Wirbelkörper. Das Zusammenwachsen allerdings versteift die Stelle, und im Laufe der Jahre müssen zum Teil die benachbarten Bandscheiben aufgrund der höheren Beanspruchung ebenfalls versteift werden.
Bewegliche Bandscheiben-Implantate könnten dieses Problem verringern. Viele derzeit erhältliche Produkte bergen allerdings das Risiko, aufgrund des Materialabriebs Allergien oder Abstossungsreaktionen auszulösen.
Den Verschleiß der künstlichen Gelenke versuchten diverse Hersteller in der Vergangenheit mit einer superharten Beschichtung aus DLC (diamond-like carbon) zu verringern. Doch versagten rund 80 % aller DLC-beschichteten Hüftgelenke innerhalb von nur acht Jahren.
Forscher der Empa-Abteilung Nanoscale Materials Science nahmen sich nun 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. Das führte zum Abplatzen der Schicht, einem stärkeren Abrieb und als Folge davon zu Knochenschwund.
An der Empa wurde nun ein Haftvermittler gesucht, der nicht korrodiert und ein Leben lang im Körper hält. Dafür haben die Forscher „das halbe Periodensystem durchprobiert“. Die besten Ergebnisse lieferte schließlich Tantal als Haftvermittler. Getestet wurde diese Variante auf einem so genannten Total Disc Replacement – einem beweglichen Bandscheibenimplantat. 100 Millionen Zyklen, also ungefähr 100 Jahre Bewegung, wurden in einem eigens hierfür konstruierten Gelenksimulator nachgestellt. Das Bandscheibenimplantat hielt stand und blieb ohne Abrieb und Korrosion vollständig einsatzfähig. Bald soll der neue Haftvermittler in Kombination mit DLC-Beschichtungen auch bei anderen Gelenken eingesetzt werden. Die Forscher gehen davon aus, dass sich die guten Ergebnisse des „heiklen Falles“ Bandscheibe auf andere Gelenke übertragen lassen.
Weitere Informationen Über die interdisziplinäre Forschungs- und Dienstleistungsinstitution für Materialwissenschaften und Technologieentwicklung, Empa: www.empa.ch
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