Könnten wir Knochen mit Metall beschichten und einen Menschen so stärker machen?
Neben seiner Superkraft, sich selbst zu heilen, ist der Comic-Held Wolverine vor allem für seine unzerstörbaren, metallbeschichteten Knochen bekannt. Mutanten-Superhelden sind noch immer Science-Fiction, aber könnten wir unsere Knochen stärken, indem wir sie mit Metall veredeln? Nicht wirklich, meint Alisa Buchman, eine Werkstoffingenieurin bei MMA Tech in Israel. „An sich ist es möglich, einen Knochen mit Metall zu überziehen, doch ein lebender Knochen würde nicht überleben“, sagt sie. „Er braucht die Verbindung zur natürlichen Umgebung.“ Knochen brauchen eine gesunde Blutversorgung, damit sie alle notwendigen Nährstoffe und Sauerstoff aufnehmen und gleichzeitig ungewollte Produkte wie Kohlendioxid, Stoffwechselabfall und Säuren abgeben können. Eine Metallschicht auf dem Knochen würde diese lebenswichtige Verbindung kappen und so zum Absterben des Knochengewebes führen. Gegenwärtige Metallimplantate sind keine Beschichtungen von außen, sondern kommen aus dem Inneren des Knochens. Auch diese bringen Probleme mit sich, darunter Vergiftungen und Ablagerungen durch Abnutzung des Metalls. Implantierte Metalle sind bestmöglich auf den Körper abgestimmt und dennoch neigen sie zu Korrosion und verursachen Entzündungen. Ein Problem für alle ohne die Superkraft, sich selbst zu heilen. Neben diesen klaren Nachteilen würde das Metall uns vielleicht gar nicht stärken. „Eine dünne Metallschicht trägt nicht zur Kraft bei“, erklärt Buchmann. „Es bräuchte eine dicke Schicht von ein paar Millimeter, die das Gewicht erhöhen und die Bewegungsfreiheit einschränken würde“, fügt sie hinzu. Das gleiche gilt für Beschichtungen der Gelenke. „Das Metall muss porös und dehnbar sein, doch ein dehnbares Metall wäre nicht superstark“, merkt sie an. Und selbst wenn das Verfahren das erste Mal Erfolg hätte, müsste es wiederholt werden. „Es ist eine große Herausforderung, die Beschichtung stetig auf den lebenden Knochen aufzubringen“, meint Buchman. „Der Knochen wächst, die Zellen verändern sich, einige sterben ab, andere wachsen“, erklärt sie.
Knochenbrüche mit Metall behandeln
Über das EU-finanzierte Projekt MP-ORIF hat Buchman untersucht, ob ein neuartiges Material aus der Luft- und Raumfahrtindustrie Knochenbrüche heilen könnte. Mit der alternden Weltbevölkerung wird vermutlich auch die Anzahl orthopädischer Frakturen steigen. Bei diesen werden Metalle chirurgisch implantiert, um Knochen zusammenzuhalten, während der Bruch heilt. Herkömmliche Metalle wie Nägel oder Platten nutzen sich ab und die Ablagerungen davon führen zu Entzündungen, Verlust von Knochengewebe und letztendlich einem Versagen des Implantats selbst. Buchman und ihr Team haben ein neues Biopolymer entwickelt, MP-1. Es weist viele Eigenschaften auf, die es als Knochenimplantat geeignet machen, darunter Robustheit, Selbstschmierung und Verschleißfestigkeit. Nach einer erfolgreichen Untersuchung will das Team klinische Studien in Europa durchführen und die Implantate aus MP-1 letztendlich global einsetzen. Das Material wird zunächst in Knieimplantaten und Zahnstrukturen eingesetzt.
Potenzial für einen neuen Verbundwerkstoff für Knochen
Könnte es ein noch unbekanntes Metall geben, mit dem all die Herausforderungen überwunden und unsere Superheldenfantasien Wirklichkeit werden können? „Könnte sein. Ich denke, das wäre eine Art Verbundwerkstoff“, sagt Buchman. „Mit all meinem Wissen zu Adhäsion und Beschichtung wäre das meines Erachtens eine sehr schwierige Aufgabe.“ Legen Sie Ihre Rüstung also lieber außen an, so wie Iron Man. Hier erfahren Sie mehr über die Forschung von Alisa Buchman: Ein Material aus der Luft- und Raumfahrtbranche kann Knochen reparieren.
Schlüsselbegriffe
MP-ORIF, Knochen, Beschichtung, Verbundmaterial, Implantat, neuartig, Material