R6: Degradable Knochenimplantate

Das Projekt R6 befasst sich mit der Entwicklung von Osteosynthesesystemen aus resorbierbaren Magnesiumlegierungen. Für die stabile Frakturversorgung sollen Osteosyntheseplatten und –Marknägel entwickelt werden, welche eine dem Heilungsverlauf des Knochens entsprechende Degradation und Stabilität aufweisen.

R6: Degradable Knochenimplantate

Degradable Osteosynthese: Optimierung der Knochenregeneration durch stabilitätsgesteuerte Implantatresorption unter Verwendung resorbierbarer Leichtmetalle

Ziel

Das Teilprojekt R6 hat das Ziel, optimale degradable Implantate aus Magnesiumlegierungen für die Osteosynthese am belasteten Knochen zu entwickeln. Je langsamer und gleichmäßiger die Degradation verläuft, desto besser ist die Verträglichkeit. Nach bisherigen Ergebnissen ist die Legierung LAE442 am besten geeignet und soll nachfolgend weiter optimiert und für funktionsangepasste Osteosynthese-Systeme etabliert werden.

Methoden
Die Legierung wird sowohl im Kleintiermodell am Kaninchen (Platten und Schrauben sowie Pins) als auch im Großtiermodell am Schaf (Marknägel) untersucht. Des Weiteren wird der in vorangegangenen Studien beobachtete Einfluss der Lagerung unter definierten Bedingungen sowohl in vivo als auch in vitro über einen Zeitraum von bis zu einem Jahr getestet. Im Rahmen der in vitro Untersuchungen werden eventuelle Veränderungen des Materials durch die Lagerung mit Hilfe von metallographischen Untersuchungen sowie Korrosionsstudien ermittelt. Um die Eignung des potentiellen Osteosynthesematerials für die verschiedenen Anwendungsmöglichkeiten zu untersuchen, werden die mechanischen Parameter ermittelt, die Degradation und die Knochenveränderungen durch µ-CT und CT Untersuchungen charakterisiert. Knochenveränderungen werden im Rahmen dieser Untersuchungen ebenfalls ermittelt. Darüber hinaus werden histologische und fluoreszenzmikroskopische Untersuchungen durchgeführt, um die Auswirkung des Materials auf das umliegende Gewebe zu untersuchen.

Ergebnisse
Im Rahmen der vorangegangen Untersuchungen konnte die Legierung LAE442 aufgrund ihres gleichmäßigen Degradationsverhalten und ihrer auch dadurch bedingten guten Biokompatibilität als beste geeignete Legierung für Osteosynthesematerialien eingestuft werden. Im Rahmen eines in vitro Vorversuches konnte gezeigt werden, dass die Lagerung einen deutlichen, zeitabhängigen Einfluss auf die Oberfläche und Struktur der Implantate hat. Ob diese Veränderungen als neutral, positiv oder negativ im Hinblick auf die Degradation und Stabilität in vivo eingestuft werden müssen, soll in diesem Antragszeitraum unter anderem geklärt werden.
Bisherige Ergebnisse aus dem Großtiermodel Schaf zeigen die gute Eignung der gewählten Geometrie für die Einsetzbarkeit von LAE442 als Marknagel. Die Implantation des Marknagels unter klinischen Bedingungen konnte reproduzierbar erfolgreich durchgeführt werden. Die klinische Verträglichkeit der Implantate kann bisher als gut bezeichnet werden. Über einen Implantationszeitraum von einem halben Jahr konnte ein leichter Abfall in der Steifigkeit der Implantate gezeigt werden. Die histologische Auswertung der Biokompatibilität auf Zellebene wird zurzeit durchgeführt. Im Gegensatz zum Marknagel-System zeigten im Kleintiermodell getestete Osteosyntheseplatten eine schlechte Verträglichkeit. Diese Ergebnisse betonen eine starke Lokalisationsabhängigkeit bezüglich Degradation und Biokompatibilität magnesiumbasierter Implantate. Im Weichteilkontakt (Muskelgewebe) zeigte sich hier eine deutlich schnellere Degradation mit Bildung subkutaner Gasblasen und Reaktionen des angrenzenden Knochengewebes. Aufgrund dieser Ergebnisse muss eine Anwendung als Platten-Schrauben-System unter den gegebenen Bedingungen kritisch beurteilt werden.

Ausblick
Im weiteren Verlauf werden die Auswertungen der Marknageluntersuchungen abgeschlossen. Daneben erfolgt die Zusammenfassung der umfangreichen Untersuchungen zum Lagerungseinfluss von magnesiumbasierten Implantaten über eine Zeitdauer von einem Jahr.
Langfristig sollen individuell angepasste Implantate für die Frakturversorgung als auch für Korrekturosteotomien entstehen, welche durch ihre Resorbierbarkeit eine Entfernung unnötig werden lassen, Kosten im Gesundheitssystem senken und zu einer beschleunigten Frakturheilung führen.