Knochenheilung mit Bioglas
Knochen verfügen über die erstaunliche Fähigkeit, sich nach einer geringen Schädigung wieder zu regenerieren. Über einen bestimmten Punkt hinaus wird dieser natürliche Heilungsprozess jedoch auf eine harte Probe gestellt. Wenn die Brüche zu schwerwiegend sind, benötigen die Knochen Unterstützung, z. B. durch eine Schraube oder einen Nagel. Trotz der enormen Fortschritte auf dem Gebiet der regenerativen Medizin werden gebrochene Knochen immer noch mit Metallimplantaten fixiert. Obwohl sich diese bei der Überbrückung größerer Brüche bewährt haben und die Knochenregenerierung fördern, ist stets auch wieder eine zweite Operation notwendig, um den Metallnagel oder die Metallklammer zu entfernen, nachdem der Knochen abgeheilt ist. Besser wären daher Materialien und Implantate, die keinen zweiten chirurgischen Eingriff erfordern. Die Entwicklung derartiger Materialien stand im Mittelpunkt der Arbeiten von Jose Ramon Sarasua und Aitor Larrañaga, Forscher im Fachbereich für Werkstofftechnik der Universität des Baskenlands UPV/EHU. Die beiden spanischen Forscher haben neue Materialien bzw. Implantate, wie Polymere und Bioglas, untersucht, die die Heilung der Knochen unterstützen könnten. Ein Großteil ihrer Forschungsarbeiten konzentrierte sich auf die Anforderungen, die diese Materialien erfüllen müssen, bevor sie therapeutisch genutzt werden können. Unter anderem müssen sie biokompatibel sein, d. h. sie dürfen weder die Zellen noch den Organismus selbst schädigen. Die biologische Abbaubarkeit ist eine weitere potenziell interessante Eigenschaft, da dadurch der Körper das Material in ungiftige Stoffwechselprodukte umwandeln kann. Weitere Faktoren, wie z. B. mechanische Robustheit und ein überschaubarer Herstellungsprozess, wurden ebenfalls berücksichtigt. Die Forscher der UPV/EHU stellen gerade maßgeschneiderte Bioimplantate aus biologisch abbaubarem Polymer her. Für dieses Material haben sie sich entschieden, weil es sich allmählich auflöst, während der Knochen wieder seinen Platz einnimmt. Das Polymer erwies sich als zu weich, weshalb sie Bioglas hinzufügten. Bioglas ist ein bioaktives Material, das den Knochen bei der Regeneration unterstützt und dem Polymer härtere mechanische Eigenschaften verleiht. Das bedeutet, dass der biologisch abbaubare Polymer-Bioglas-Verbundstoff steifer und härter ist als nur Polymer. Diese Verbundsysteme lassen sich in thermoplastischen Verfahren unter Verwendung von Wärme herstellen. Daher wurde während der Studie auch untersucht, wie diese Materialien auf hohe Temperaturen reagieren. Die Forscher der UPV/EHU fanden heraus, dass die biologisch abbaubaren Polymer-Bioglas-Verbundsysteme im Vergleich zu Systemen ohne Bioglas eine geringere Wärmestabilität aufweisen. Es wurde eine negative Reaktion festgestellt, die das Material schwächt und das Endprodukt beeinträchtigt. Noch wichtiger war jedoch, dass diese Reaktion nach dem Einsetzen des Implantats in den Körper die Bildung von Nebenprodukten förderte, die die Zellen schädigen könnten. Daher widmen die Forscher der UPV/EHU sich jetzt verstärkt der Verbesserung der Wärmestabilität dieser Systeme. Eine dieser Studien, die in der Fachzeitschrift "Polymer Degradation and Stability" veröffentlicht wurde, legt nahe, dass durch Plasma eine chemische Umwandlung der Bioglasoberfläche möglich ist. Durch die Ausbildung von Schutzschichten für die Bioglaspartikel wird die Reaktion mit dem Polymer verhindert und damit gewährleistet, dass das Endprodukt unversehrt bleibt. "Diese Verbundstoffe auf der Grundlage von biologisch abbaubarem Polymer sind vielversprechende Kandidaten für die Heilung von Knochenbrüchen oder auch die Regenerierung von Knochendefekten", sagt Professor Sarasua. Nachdem das Material nämlich vorübergehend den Knochen ersetzt und seine Regenerierung gefördert hat, löst es sich allmählich auf, während der Knochen wieder seinen Platz einnimmt. Dadurch wird eine zweite Operation überflüssig.Weitere Informationen sind abrufbar unter: http://www.elhuyar.org
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