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Lauenburg Erfolg für Forschungsteam vom Geesthachter Helmholtz-Zentrum Hereon
Lokales Lauenburg

Erfolg für Forschungsteam vom Geesthachter Helmholtz-Zentrum Hereon Knochenimplantate

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16:00 23.10.2021
Die untersuchten Schrauben sind winzig klein: Ihr Durchmesser beträgt 2 Millimeter.
Die untersuchten Schrauben sind winzig klein: Ihr Durchmesser beträgt 2 Millimeter. Quelle: Hereon/ Björn Wiese
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Geesthacht

Knochenbrüche heilen nicht immer von selbst, manchmal muss die Medizin nachhelfen: Damit sie besser zusammenwachsen können, werden die beschädigten Knochen mit Schrauben, Nägeln oder Platten fixiert. In der Regel bestehen solche Implantate aus dauerhaften Materialien wie Edelstahl oder Titan. Häufig folgt für die eigentlich genesenen nach der Heilung des Bruchs eine weitere Operation.

Selbstauflösende Implantate als Alternative

Ein Forschungsteam des Helmholt-Zentrums Hereon in Geesthacht hat sich mit einer Alternative beschäftig: Implantate, die sich von selbst im Körper auflösen, während die Knochen wieder zusammenwachsen. Magnesium gelte laut einer Mitteilung des Forschungszentrums als vielversprechender Kandidat für solche Implantate: „Das Leichtmetall ist körperverträglich, jeder Mensch trägt sowieso rund 25 Gramm davon in sich“, heißt es darin. Außerdem werde das Implantat durch Körperflüssigkeiten kontinuierlich aufgelöst.

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Bislang bieten in Deutschland zwei Firmen solche löslichen Implantate für zwei unterschiedliche klinische Anwendungen an: für Gefäßstützen (Stents) sowie zur Knochenfixierung. In der Forschung gehe es aber darum, das Prinzip genauer zu verstehen, um es auf andere Fälle zu übertragen, insbesondere die Therapie von Knochenbrüchen.

Kein reines Magnesium, sondern Legierungen

Die Implantate bestehen nicht aus reinem Magnesium, sondern aus Legierungen, bei denen dem Leichtmetall andere Stoffe beigemischt sind, zum Beispiel Gadolinium. „Dadurch lässt sich gezielt einstellen, wie lange eine Knochenschraube im Körper stabil bleibt, bevor sie allmählich verschwindet“, erläutert Dr. Björn Wiese vom Hereon-Institut für Metallische Biomaterialien. Dabei komme es vor allem auf die passgenaue Zusammensetzung der Stoffe an, sonst könnte das Implantat sich zu schnell oder langsam auflösen und damit Komplikationen hervorrufen.

Dr. Björn Wiese vom Hereon-Institut für Metallische Biomaterialien ist Teil des Forschungsteams. Quelle: Hereon

Um die Frage der Zusammensetzung zu klären, starteten die Forschenden eine aufwändige Versuchsreihe in Hamburg. Finanziert wurde die Studie durch die BMBF-Projekte SynchroLoad und MgBone. Neben den Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern des Hereons war auch das Karlsruher Institut für Technologie (KIT) an der Studie beteiligt. „Wir stellten Schrauben aus unterschiedlichen Legierungen her, die eine mit fünf, die andere mit zehn Prozent Gadolinium“, beschreibt Wiese. Diese Proben legten die Forschenden in Petrischalen, gefüllt mit körperflüssigkeitsähnlichen Gemischen aus Salzen, Vitaminen und Proteinen, und setzten sie bis zu 56 Tage lang in Brutschränken körperähnlichen Bedingungen aus. Dabei prüften sie mehrmals mit zwei Methoden, wie sich die Schrauben mit der Zeit verändern.

Mehr Zusatz verändert Haltbarkeit

„Wie erwartet konnte die Arbeitsgruppe durch speziell aufgenommene Bilder beobachten, dass zuerst die Spitzen beziehungsweise Zähne des Gewindes aufgelöst und nach und nach abgerundet werden“, heißt es in der Mitteilung des Forschungszentrums. Dagegen schreite die Korrosion in den Gewindetälern nicht so stark voran. Ein weiteres Resultat: „Die Magnesiumlegierung mit fünf Prozent Gadolinium korrodierte deutlicher schneller als die mit zehn Prozent“, sagt Wiese. Hochgerechnet würde sich eine Schraube mit wenig Gadolinium nach etwas mehr als vier Jahren vollständig im Körper aufgelöst haben. Eine mit viel Gadolinium wäre dagegen erst nach circa acht Jahren komplett verschwunden. Das bedeutet: Kommt es nach einem Knochenbruch auf eine langfristige Stabilisierung an, sollten besser Magnesiumschrauben mit dem höheren Gadolinium-Gehalt implantiert werden.

Weitere Studien zu selbstauflösenden Implantaten geplant

Ferner konnten die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler erkennen, wie sich der Herstellungsprozess – das Drehen der Schraube aus einem Magnesium-Gadolinium-Rohling – auf das Korrosionsverhalten auswirkt: „Bei der festeren Legierung mit dem höheren Gadolinium-Gehalt war die Verformungsschicht weniger tief, was einen Einfluss auf die Korrosion hat“, erläutert Wiese. Mit neuen Versuchsreihen wollen die Forschenden unter anderem bald noch klären, inwiefern das Magnesium und Gadolinium die Neubildung des Knochens beeinflussen.

Von LN