Minder operaties met afbreekbare implantaten

Minder operaties met afbreekbare implantaten

Anonim

van Fraunhofer-Gesellschaft

Tot nu toe hebben artsen in geval van botbreuken implantaten van staal en titanium gebruikt, die na genezing moeten worden verwijderd. Om lastige ingrepen van patiënten te besparen, werken onderzoekers aan een botvervanger die volledig in het lichaam wordt afgebroken. Daartoe worden materiaalcombinaties van metaal en keramiek gebruikt.

Geen enkel ander gewricht in het menselijk lichaam is zo mobiel als de schouder. Het is echter ook erg gevoelig en gevoelig voor blessures, waarbij vooral atleten worden getroffen. De meest voorkomende klachten zijn peesruptuur, die chirurgisch moet worden behandeld. De chirurg maakt de scheuren vast met behulp van hechtingsankers. Dergelijke implantaten waren vroeger gemaakt van titanium of niet-afbreekbare polymeren - met de nadelen dat ze ofwel in het lichaam achterblijven zelfs nadat genezing heeft plaatsgevonden of artsen ze in een tweede procedure moeten verwijderen. Om dit te voorkomen, hebben onderzoekers van het Fraunhofer Institute for Manufacturing Technology en Advanced Materials IFAM in Bremen lastdragende, biologisch afbreekbare implantaten ontwikkeld die volledig in het lichaam worden afgebroken. In de eerste stap hebben ze poeder-spuitgieten gebruikt om een ​​hechtanker te vervaardigen, dat beschikbaar is als demonstrator. De onderzoekers presenteren het van 12 tot 14 november op de COMPAMED-beurs in Düsseldorf.

Calciumfosfaat stimuleert het genezingsproces van het bot

"Met het implantaat kunnen afgehakte pezen aan het bot worden verankerd totdat ze weer zijn gegroeid. Aangezien de functie van het fixatie-element na het genezingsproces is vervuld, is het niet langer nodig in het lichaam. Als implantaten of prothesen die even slijten zo resistent mogelijk zijn vereist - zoals in een kunstheupgewricht - zullen metallische legeringen zoals titanium zeker blijven worden gebruikt. Voor platen, schroeven, pennen en spijkers die niet in het lichaam mogen blijven, zijn er andere vereisten, " zegt Dr. Philipp Imgrund, manager van het vakgebied Medical Technology and Life Sciences bij IFAM. In het project "DegraLast" heeft IFAM samengewerkt met de Fraunhofer Institutes for Laser Technology ILT, voor Biomedical Engineering IBMT en voor Interfacial Engineering en Biotechnology IGB bij het opzetten van een materialen- en technologieplatform voor de productie van afbreekbare botimplantaten voor gebruik bij traumachirurgie en orthopedie . Deze materialen moeten geleidelijk door het lichaam worden opgenomen, terwijl tegelijkertijd nieuw botweefsel wordt gevormd. In het ideale geval wordt de mate van degradatie aangepast aan de botgroei zodat de degradatie van het implantaat samengaat met de botvorming. Om deze reden ontwikkelen de wetenschappers materialen met een specifiek instelbare degradatie. De uitdaging: de implantaten moeten mechanisch stabiel genoeg zijn gedurende het gehele genezingsproces, zodat ze het bot op hun plaats kunnen fixeren. Tegelijkertijd kunnen ze geen allergene effecten hebben of ontstekingen veroorzaken. De onderzoekers van IFAM vertrouwen op metaal-keramische composieten. Een metalen component op basis van een ijzerlegering wordt gecombineerd met beta-tricalciumfosfaat (TCP) als de keramische component. "IJzerlegeringen corroderen langzaam en zorgen voor een hoge mechanische sterkte, terwijl keramiek snel ontleedt, de botgroei stimuleert en de ingroei van het implantaat bevordert", zegt Imgrund om de voordelen van deze materiaalcombinatie te verklaren.

Om het composietmateriaal te kunnen produceren, hebben de onderzoekers zich tot het poederinjectieproces gericht. Het biedt de mogelijkheid om kostenefficiënt en in grote aantallen complexe structuren te produceren. Eigenschappen zoals dichtheid en porositeit kunnen selectief worden geregeld - een belangrijke factor, omdat hoge dichtheid en lage porositeit resulteren in hoge mechanische sterkten. Een ander voordeel: de materialen zijn beschikbaar als poeders en kunnen in elke verhouding worden gemengd voordat ze worden verwerkt. Maar welke verhouding is de juiste? In laboratoriumexperimenten hebben de onderzoekers de optimale samenstelling van de materialen voor het hechtanker gevonden. De demonstrator bestaat uit 60 procent ijzer en 40 procent keramiek. "Het is belangrijk om de juiste hoeveelheid keramiek te bepalen als functie van de hoeveelheid poeder. Als het aandeel te hoog is, zal het materiaal broos zijn. Anderzijds versnelt het tricalciumfosfaat de afbraak van het implantaat", zegt Imgrund . De onderzoekers zijn erin geslaagd de degradatiesnelheid in het laboratoriummodel te verdubbelen van 120 tot 240 micrometer per jaar. Het schouderanker zou binnen een tot twee jaar door het lichaam worden opgenomen.

Hoewel vormgevingsprocessen zoals poeder-spuitgieten bijzonder geschikt zijn in grote hoeveelheden als fixatie-elementen voor standaard implantaten, worden additieve productiemethoden gebruikt om individuele implantaten te produceren - zoals voor botvervanging in het schedelgebied - of implantaten met een gedefinieerde poriestructuur. De onderzoekers van ILT die ook bij het project betrokken zijn, produceren implantaten gemaakt van magnesiumlegeringen met behulp van Selective Laser Melting (SLM). Om de veiligheid van de nieuwe composietmachine te waarborgen
vanaf het begin hebben collega's van IGB in het "DegraLast" -project op cellen gebaseerde in-vitrotestsystemen opgezet voor analyse van het ingroeigedrag in het bot. De wetenschappers van IBMT werken op hun beurt aan een in-vivo monitoringsysteem dat het afbraakgedrag van de implantaten in het menselijk lichaam kan volgen en documenteren.