DR1: Mg-Verbindungen auf Dauerimplantaten

Hintergrund
Die begrenzte Haltbarkeit und frühzeitige Lockerung beim endoprothetischen Gelenkersatz stellen ein ungelöstes Problem dar, gerade im Hinblick auf junge Patienten oder Prothesenwechselsituationen. Hinzu kommt das Risiko der Infektion während der Implantation. Eine wünschenswerte Verbesserung der Verankerung von Endoprothesen kann durch ein optimales Anwachsen von Knochen am Implantat erreicht werden. Dieses Teilprojekt baut auf Erkenntnissen auf, die im SFB 599 zuvor gewonnen wurden. Danach zeigen Magnesiumlegierungen und deren Abbauprodukte eine osteoaktivierende Funktion, die über mehrere Wochen anhält, einen milden antibakteriellen Effekt sowie ein Ausbleiben von Entzündungsreaktionen.Bringt man nun Magnesiumlegierungen als Beschichtung auf Prothesen auf, so könnten die o.g. Effekte eine erhöhte Spaltüberbrückungsleistung und dadurch eine verbesserte Prothesenverankerung bewirken.

Forschungsansatz
Das Ziel des Teilprojektes DR1 liegt in der Verbesserung der Osteointegration von Dauerimplantaten aus Titan. Ausgangspunkt ist dabei die Hypothese, dass die Qualität der Implantat-Knochen-Grenzschicht vor allem durch einen größtmöglichen direkten Kontakt und geringste Spaltbildung verbessert wird und so die Langlebigkeit des Verbundes garantiert wird. Der erhöhte Kontakt soll durch eine Beschichtung mit Magnesiumverbindungen bewirkt werden, die eine kontrollierte Freisetzung von Magnesiumionen ermöglicht.

Oberflächenbeschichtung mit Layered-Double-Hydroxides
Für die Oberflächenbeschichtung werden magnesiumhaltige Layered-Double-Hydroxides eingesetzt. Diese sind von ihrem Aufbau dem Degradationsprodukt Magnesiumhydroxid (Mg(OH)2) sehr ähnlich, aber chemisch deutlich variabler. Die Mg-OH-Schichten tragen eine positive Ladung. Zum Ladungsausgleich werden zwischen diesen Schichten negativ geladene Anionen und Wassermoleküle eingebaut. Aufgrund der großen Variationsmöglichkeiten in der chemischen Zusammensetzung der Layered-Double-Hydroxides ist es möglich, Einfluss auf ihre Degradationsgeschwindigkeit zu nehmen.

Applikation der LDH-Beschichtung auf die Oberfläche
Für eine stabile Anbindung der LDHs an der Titanoberfläche werden verschiedene Oberflächenmodifikationen untersucht.

Vision der Forschungsarbeiten ist eine Erhöhung der Standzeit von Endoprothesen und eine damit verbundene Verringerung der Anzahl von Revisionsoperationen. Neben einer Magnesium freisetzenden Funktion bieten die LDH-Beschichtungen auch die Möglichkeit, antimikrobielle Substanzen in die Zwischenschichten einzulagern, so dass künftig auch Drug-Delivery-Funktionen integriert werden könnten.