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Empa-Forscherin Thorwarth mit den Implantaten.
Empa-Forscherin Thorwarth mit den Implantaten.Bild: Flickr/Empa
Halten ein Leben lang

Schweizer Forscher entwickeln Gelenk-Implantate ohne Ablaufdatum

02.06.2014, 17:38

Künstliche Gelenke haben eine begrenzte Lebensdauer. Das Material verschleisst, Abriebpartikel können unerwünschte Immunreaktionen auslösen. Nach einigen Jahren müssen viele Hüft- oder Kniegelenke wieder ersetzt werden. Bei den meisten Implantaten kann dieser Eingriff bis zu dreimal wiederholt werden.

Deutlich komplexer sind indes Bandscheiben-Implantate, die nach ihrem «Verfallsdatum» nicht einfach ausgewechselt werden können und bisher in den meisten Fällen versteift werden mussten. Dies schränkt die Bewegungsfreiheit der Patienten massiv ein. 

Forschern der Empa ist es nun gelungen, bewegliche Bandscheiben-Implantate so zu beschichten, dass sie keinerlei Abrieb zeigen und erst noch ein Leben lang halten, wie die Empa mitteilt

Superharte Beschichtung

Schon früher hatten diverse Hersteller versucht, die Lebensdauer von Implantaten durch eine superharte Beschichtung aus DLC («diamond-like carbon») zu verlängern – mit katastrophalen Resultaten. 

«Wir haben das halbe Periodensystem durchprobiert.»
Kerstin Thorwarth, Empa

Dies lag aber nicht an der Beschichtung selber, sondern am Haftvermittler – also der Schicht zwischen der DLC-Beschichtung und dem Metallkörper. Der Haftvermittler bestand bislang aus Silizium und korrodierte im Lauf der Jahre, was zu einem stärkeren Abrieb und als Folge davon zu Knochenschwund führte. 

Die Suche nach einem geeigneten Ersatzmaterial für das Silizium sei schwierig gewesen, sagt Empa-Forscherin Kerstin Thorwarth: «Wir haben das halbe Periodensystem durchprobiert.» Das Ziel sei gewesen, einen Haftvermittler zu finden, der ein Leben lang im Körper halte. Erfolg hatten die Forscher schliesslich, als sie Tantal als Haftvermittler einsetzten. 

Drei unterschiedliche Bandscheiben-Implantate: Rechts ein unbeschichtetes Implantat, in der Mitte ein DLC-beschichtetes Implantat mit Silizium als Haftvermittler, links das von der Empa optimierte beschichtete Implantat. 
Drei unterschiedliche Bandscheiben-Implantate: Rechts ein unbeschichtetes Implantat, in der Mitte ein DLC-beschichtetes Implantat mit Silizium als Haftvermittler, links das von der Empa optimierte beschichtete Implantat. Bild: Flickr/Empa
«Die Bandscheibe ist das heikelste Gelenk für Implantate.»
Kerstin Thorwarth, Empa

100 Jahre einsatzfähig

Das Implantat wurde einem harten Test unterworfen: Die Empa-Forscher stellten in einem eigens hierfür konstruierten Gelenksimulator 100 Millionen Zyklen nach, was ungefähr 100 Jahren Bewegung entspricht. Das kleine 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 zum Einsatz kommen. «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», erklärt Thorwarth. (dhr)

100 Millionen Zyklen: Eigens für die Implantate konstruierter Gelenksimulator. 
100 Millionen Zyklen: Eigens für die Implantate konstruierter Gelenksimulator. Bild: Flickr/Empa
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