Bioabbaubare Implantate als Helfer auf Zeit

Abbaubare Composite-Materialien könnten künftig Implantate aus Metall ersetzen und einige Operationen überflüssig machen (Foto: © egyjanek - Fotolia.com).

Abbaubare Composite-Materialien könnten künftig Implantate aus Metall ersetzen, wie sie derzeit zur Fixierung der Knochen bis zur Heilung eines Knochenbruchs zum Einsatz kommen. Während die Implantate aus Metall normalerweise im Körper verbleiben oder in einer weiteren Operation entfernt werden müssen, arbeiten die neuen Composite-Materialien, die Forscher von Evonik jetzt entwickeln , als Helfer auf Zeit. Denn die Materialien bestehen aus Polymeren, die der Körper selbst abbauen kann, und Substanzen, die natürlicherweise im Knochen vorkommen. Die Vorteile für die Patienten liegen auf der Hand: eine zusätzliche Operation zur Entfernung des Implantats wird überflüssig.

Zurzeit stehen die Evonik-Forscher mit ihren Arbeiten an den bioabbaubaren Composites noch ganz am Anfang. Das Projekt ist eines der Forschungsvorhaben des Projekthauses Medical Devices in Birmingham (Alabama, USA). Dort arbeiten über 20 Wissenschaftler des Unternehmens derzeit an Materialien und Lösungen für die Medizintechnik. Ziel sind vor allem Anwendungen in der Implantat-Technologie. „Langfristig haben wir die regenerative Medizin im Blick: Wir wollen Bioimplantate schaffen, um geschädigtes Gewebe im Körper durch gesundes ersetzen zu können. Unsere aktuellen Arbeiten an den bioabbaubaren Composites sind hierfür ein erster Schritt“, erklärt Dr. Andreas Karau, Leiter des Projekthauses.

Abbauzeit gezielt steuerbar

Leistungsfähige bioabbaubare Materialien sind in der Medizintechnik gefragt. Allein der Bedarf für Implantate zur Stabilisierung von Knochen nach Brüchen ist groß: Osteoporose verursacht weltweit jedes Jahr mehr als 8,9 Millionen Knochenbrüche. „Durch unsere führende Position im Bereich der Polymere auf Polymilchsäurebasis haben wir eine exzellente Ausgangsposition, geeignete Materialien und Lösungen für eine regenerative Medizin zu entwickeln“, ist Karau überzeugt. Die Polymere werden im Körper komplett zu Kohlendioxid und Wasser abgebaut. Die Abbauzeit lässt sich durch Zusammensetzung, Kettenlänge und Kristallisationsgrad des Polymers gezielt steuern und kann je nach Bedarf zwischen wenigen Wochen und etlichen Monaten betragen.

Die von Evonik im Geschäftsgebiet Health Care unter dem Namen RESOMER vermarkteten Polymere werden von Medizinprodukteherstellern bereits heute zur Produktion von bioabbaubaren Schrauben, Stiften und kleinen Platten verwendet. Damit werden vor allem gerissene Bänder im Knie- oder Schultergelenk fixiert und vereinzelt auch Brüche kleinerer Knochen in Fingern oder im Gesichtsschädel versorgt. „Für die Anwendung bei großen, tragenden Knochen fehlt es den derzeit verfügbaren Materialien allerdings noch an Festigkeit“, erklärt Karau. Die Wissenschaftler erforschen deshalb Composite-Materialien, bei denen die bioabbaubaren Polymere durch anorganische Substanzen wie zum Beispiel Derivate von Calciumphosphat verstärkt werden. Dadurch sollen die Materialien nicht nur härter werden, sondern auch eine verbesserte Biokompatibilität haben. „Calcium und Phosphat können beim allmählichen Abbau des Polymers zur Bildung von Knochenmaterial verwendet werden”, beschreibt Karau die Idee.

Maßgeschneiderte Implantate aus dem 3D-Drucker

Doch die Überlegungen der Forscher gehen noch weiter: Auf der Basis geeigneter Materialien könnten sogar maßgeschneiderte Knochenstücke patientenspezifische Implantate im 3D-Druck-Verfahren herzustellen. Dazu wollen die Evonik-Wissenschaftler in Birmingham die bioabbaubaren Polymere für derartige Verfahren tauglich machen.

„Langfristig denken wir auch daran, Polymermatrizes zu schaffen, die mit lebenden Zellen besiedelt werden können, also echte biologische Implantate“, so Karau. Damit sollen sich dann zum Beispiel Knorpelgewebe erneuert oder geschädigte Herzmuskelzellen durch gesunde ersetzen lassen. Noch ist das jedoch Zukunftsmusik, denn zuvor muss vor allem die Biokompatibilität der Materialien verbessert werden.