Entwicklung thermisch gespritzter bioresorbierbarer Schichten

Das Thermische Spritzen wird schon seit Jahrzehnten zur Beschichtung von Gelenkimplantaten eingesetzt. Auf dem metallischen Implantat werden dabei unterschiedliche biokompatible Werkstoffe aufgebracht, darunter Hydroxylapatit und offenporiges Titan. Das industrielle Verfahren welches hierbei zum Einsatz kommt ist das Plasmaspritzen in einer Vakuumkammer (sog. VPS), früher auch das atmosphärische Plasmaspritzen (APS).

Hydroxylapatit besitzt eine vergleichbare chemische Struktur wie die mineralische Substanz des Knochens und besitzt daher eine ausgezeichnete Biokompatibilität, d. h. das Knochengewebe wächst in diese künstlich geschaffene Struktur ein und verbindet sich formschlüssig mit der rauen Implantatoberfläche. Genauso funktioniert dies mit offenporigem Titan. Da dieses an der Oberfläche eine mikroskopische Passivierungsschicht aus Titanoxid bildet, was ebenfalls biokompatibel ist, wächst auch hier das Knochengewebe in die offenporige Struktur ein und verankert sich.

In den letzten Jahren sind neue Biowerkstoffe hinzugekommen, welche als bioresorbierbar bezeichnet werden, da sie vom Körper resorbiert, in knocheneigenes Gewebe umgewandelt werden und das Knochenwachstum aktiv stimulieren. Dazu gehören u. a. Tricalziumphosphat und diverse Biogläser. Diese lassen sich teilweise nicht mehr optimal mit dem Plasmaspritzen verarbeiten, da die Schichten zu porös werden und keine ausreichende mechanische Stabilität zeigen. Eine Alternative hierzu stellt das am IFKB entwickelte überschallschnelle Suspensionsspritzen dar.  Damit lassen sich porenarme Schichten aus Biogläsern herstellen. Zusammen mit der Uniklinik in Freiburg und italienischen Partnern wurden hier grundlegende Studien zur Eignung suspensions­gespritzter resorbierbarer Beschichtungen für den Gelenkersatz durchgeführt.

Das IFKB war weltweit das erste Institut, welches dieses Verfahren zur Herstellung solcher biofunktionalen Beschichtungen eingesetzt und publiziert hat. In umfangreichen Studien zum Wachstumsverhalten von menschlichen Knochenzellen (MG63) konnte die grundsätzliche Eignung solcher Beschichtungen gezeigt werden.

Forschungspartner:

Uniklinikum Freiburg: In vitro Zelltests

University of Modena and Reggio Emilia Enzo Ferrari" Department of Engineering:
Synthese von Bioglaspulvern