Biokompatibilitätsanalyse degradierbarer Magnesiumimplantate für individuelle Knochendefekte (Biomagik)

 

Ziel des vorliegenden Projekts war die Entwicklung und Realisierung eines neuartigen Implantatdesigns, welches die bestehenden Probleme, wie die schnelle Resorption im feuchten Milieu des Körpers und das vermehrte Zellsterben im Inneren größerer Implantate durch die fehlende Versorgung der Zellen, löst und Magnesium als Implantatwerkstoff nutzbar macht. Hierfür wurden zwei innovative Ansätze zur Mikro- und Makrostrukturierung genutzt, die durch Biokompatibilitätstests in mehreren Optimierungsschleifen angepasst wurden. Zielgröße dieser Optimierung war die biochemische Wechselwirkung zwischen Implantat und Gewebe hinsichtlich Abbau- und Einwachsverhalten. Auf diese Weise sollte ein patent- und zertifizierungsfähiges Implantat für die Kiefer- und Gesichtschirurgie entwickelt und bis zur Marktreife geführt werden. Dies wurde folgendermaßen realisiert.

Durch ein neuartiges Konversionsverfahren wurde die Oberfläche des Magnesiums umgewandelt, d.h. keramisiert. So entsteht eine korrosions- und verschleißfeste Schicht, die durch geeignete Wahl der Verfahrensparameter hinsichtlich ihrer Rauheit und Porosität so variiert werden kann, dass eine optimale Interaktion mit umliegenden Gewebe und einwachsenden Knochenzellen stattfindet. Durch das biomedizinische Feedback aus den Biokompatibilitätstests wurden so die optimalen Bedingungen abgeleitet. Insbesondere schützt die Schicht das korrosive Magnesium vor dem vorzeitigen Auflösen im feuchten Milieu des Körpers. Aufgrund der höheren Beständigkeit der Schicht und des punktuellen Einsetzens der Schichtkorrosion wurden definierte Fehlstellen erzeugt, die die Resorption des Grundmaterials steuern. Auf diese Weise konnte durch die Wahl der Schichtparameter auch das Auflösungsverhalten des beschichteten Magnesium-Vollmaterials eingestellt werden. Da das Massenverhältnis von Grundmaterial gegenüber der Schicht jedoch zu groß war, wurde auf diese Weise nur der anfängliche Anstieg der Resorptionsrate begrenzt. Es verbleibt ein massiver Körper aus beschleunigt korrodierendem Magnesium, der frühzeitig versagte. Aus diesem Grund wurde die Mikrostrukturierung mit einer geeigneten Makrostrukturierung kombiniert.

Die Herstellung dieser Makrostrukturierung mittelt Funkenerosion war Ziel des Teilvorhabens des Werkzeugmaschinenlabors (WZL). Hierfür sollte eine geeignete Technologie für die Bearbeitung von Magnesium sowohl für die Drahtfunkenerosion (W-EDM) als auch für die Senkerosion (S-EDM) entwickelt werden, da Magnesium bis dato ein relativ unbekanntes Material in der Funkenerosion darstellte. Dabei sollte durch die Bearbeitung die Biokompatibilität des Materials unbeeinflusst bleiben.

Weitere Informationen finden Sie auf der Internetseite des Forschungsvorhabens.