Knochenheilung mit Formgedächtnislegierungen

Knochenheilung wird durch die lokale Blutversorgung, Wachstumsfaktoren und Hormone, aber auch durch mechanische Stimuli beeinflusst. "Normale" Implantate an Knochen können aber ihre mechanischen Eigenschaften wie die Steifigkeit, Länge oder Versatz nicht ohne einen operativen Eingriff verändern.

Mit Formgedächtnislegierungen (FGL) ist es möglich, Formveränderungen durch Wärme zu induzieren. Eine Induktionsspule kann beispielsweise einen Stromfluss in elektrisch leitenden Werkstoffen, einen so genannten Wirbelstrom, induzieren, um berührungslos das FGL-Bauteil zu erwärmen und den Formgedächtnis-Effekt in den Implantaten auszulösen. So sollen die erwünschten Stimuli für eine bessere Knochenheilung erzeugt werden.

Das Laser Zentrum Hannover e.V. (LZH) plant zusammen mit der Medizinischen Hochschule Hannover (MHH) einzelne FGL-Elemente mittels Laserstrahl zuzuschneiden. Anschließend soll die Formgebung der Elemente erfolgen. Eine Laser-Leistungsregelung mit pyrometrischer Temperaturmessung gewährleistet das Einhalten der erforderlichen Temperaturregime. Zum Schluss ist geplant, die Einzelteile mit einem laserbasierten Verfahren zum vollständigen Implantat zusammenzufügen, um zu verhindern, dass der Formgedächtnis-Effekt durch die Wärmebelastung vorzeitig ausgelöst wird. Nach der Implantatfertigung sollen Festigkeit, Elastizität und Haltbarkeit der FG-Effekte untersucht werden.

 
 
Grafik des Impantats mit FGL-Segmenten im Knochen
Thermisch induzierte Änderung der mechanischen Eigenschaften des Implantats; © LZH
 
 


In einem nächsten Schritt werden die Parameter zur Optimierung der Induktionswärmung definiert und die Veränderungen der Implantat-Steifigkeit gemessen. Hierbei gilt es, ein enges Temperaturfeld zwischen Körpertemperatur und 60°C einzuhalten, um etwaige Nebenwirkungen der Induktion auf Knochen- und Weichgewebe zu vermeiden. In der dritten Projektphase werden die Effekte auf die Knochenheilung und das Infektionsrisiko evaluiert.

COMPAMED.de; Quelle: Laser Zentrum Hannover e.V.