Hüftimplantatbeschichtung kann das Risiko eines vorzeitigen Versagens reduzieren

Obwohl Künstliche Hüft- oder Knieprothese sind auf mehrere Jahre ausgelegt, etwa 17% der Patienten, die eine vollständige Gelenkersatz benötigen frühe Ersatzoperation - ein Verfahren, das bei älteren Patienten zu schweren Komplikationen führen kann.
Um die Notwendigkeit dieser Operationen zu minimieren, hat sich ein Team von Chemieingenieuren am MIT entwickelt eine neue Beschichtung für Implantate Das könnte ihnen helfen, besser am Knochen des Patienten zu haften und vorzeitiges Versagen zu verhindern.
Die Studie ist in der Zeitschrift veröffentlicht Fortgeschrittene Werkstoffe.
Paula Hammond, die David H. Koch Professorin am MIT und leitende Autorin der Studie, erklärte:

"Dies würde es dem Implantat ermöglichen, viel länger zu halten, bis zu seiner natürlichen Lebensdauer, mit einem geringeren Risiko für Versagen oder Infektion."

Laut Hammond und Hauptautor Nisarg Shah, einem Doktoranden in Hammonds Labor, könnte die Beschichtung auch verwendet werden, um Zahnimplantate zu verbessern und Frakturen zu heilen.
Gegenwärtig werden künstliche Hüften und Knie mit Knochenzement befestigt, einem Polymer, das im ausgehärteten Zustand dem Glas ähnelt. Bei einigen Patienten reißt dieser Zement jedoch, wodurch sich das Implantat vom Knochen löst. Als Folge erfährt der Patient Verlust der Mobilität und chronische Schmerzen.
Shah sagte:
"In einem solchen Fall wird das Implantat normalerweise entfernt und ersetzt, was zu einem enormen sekundären Gewebeverlust beim Patienten führt, der nicht passiert wäre, wenn das Implantat nicht versagt hätte.
Unsere Idee ist es, ein Versagen zu verhindern, indem diese Implantate mit Materialien beschichtet werden, die einen natürlichen Knochen induzieren können, der im Körper erzeugt wird. Dieser Knochen wächst in das Implantat und hilft, es an Ort und Stelle zu fixieren. "
Die neue Beschichtung besteht aus einem sehr dünnen Film, der zwischen 100 Nanometer und einem Mikrometer dick ist. Es besteht aus Schichten von Materialien, die ein schnelles Wachstum von Knochen fördern, wie Hydroxyapatit, einem natürlichen Bestandteil von Knochen, der aus Kalzium und Phosphat hergestellt wird. Dieses Material zieht mesenchymale Stammzellen aus dem Knochenmark an und bietet eine Schnittstelle für die Bildung von neuem Knochen, während die andere Schicht einen Wachstumsfaktor freisetzt, der mesenchymale Stammzellen dazu anregt, sich in knochenproduzierende Zellen umzuwandeln, die Osteoblasten genannt werden.
Nach dem Formen erzeugen die Osteoblasten neuen Knochen, um die Räume um das Implantat herum zu füllen und es an dem vorhandenen Knochen zu befestigen. Den Forschern zufolge sorgt gesundes Gewebe in diesem Bereich für eine stärkere Bindung und senkt das Risiko bakterieller Infektionen im Bereich des Implantats beträchtlich.
Shah erklärte:

"Wenn Knochenzement verwendet wird, entsteht totaler Raum zwischen dem vorhandenen Knochen und dem Implantatschaft, wo keine Blutgefäße sind. Wenn Bakterien diesen Raum besiedeln, würden sie sich weiter vermehren, da das Immunsystem sie nicht erreichen und zerstören kann Beschichtung wäre hilfreich, um das zu verhindern. "

Das Team betont, dass der Patient zwar mindestens zwei bis drei Wochen benötigt, um den Knochen zu füllen und das Implantat zu sichern, dass die Patienten jedoch während dieser Zeit laufen und eine physikalische Therapie durchführen könnten.
Obwohl frühere Bemühungen unternommen wurden, orthopädische Implantate mit Hydroxylapatit zu beschichten, neigen die Filme dazu, sich von dem Implantat abzulösen, da sie ziemlich dick und instabil sind. Darüber hinaus haben andere Studien versucht, den Wachstumsfaktor zu injizieren oder direkt auf das Implantat aufzubringen, jedoch ist dies gewöhnlich nicht ausreichend, um Wirkung zu zeigen, da der Großteil davon von der Implantationsstelle abläuft.
Mit einer Schicht-für-Schicht-Technik können die Forscher kontrollieren, wie dick der Film ist und wie viel Wachstumsfaktor freigesetzt wird. Das Verfahren beinhaltet das Ablegen jeder gewünschten Komponente einzeln, bis die gewünschte Arzneimittelzusammensetzung und -dicke erreicht sind.
Shah sagte:

"Dies ist ein bedeutender Vorteil, da andere Systeme bisher nicht in der Lage waren, die Menge an Wachstumsfaktoren zu steuern, die Sie benötigen. Viele Geräte müssen in der Regel Mengen verwenden, die um Größenordnungen höher liegen als Sie benötigen, was zu unerwünschte Nebenwirkungen. "

Gegenwärtig testet das Team diese Beschichtung in Tierversuchen und fand heraus, dass die Beschichtungen zu einer schnellen Knochenbildung führen und die Implantate an Ort und Stelle sichern.
Laut Shah könnte diese Beschichtung auch für Fixationsplatten und Schrauben verwendet werden, die zum Setzen von Knochenbrüchen verwendet werden. "Es ist sehr vielseitig. Man kann es auf jede Geometrie anwenden und überall eine gleichmäßige Beschichtung haben."
Darüber hinaus könnte die Beschichtung in Zahnimplantaten verwendet werden. Üblicherweise wird beim Implantieren eines künstlichen Zahns eine Gewindeschraube in den Kiefer eingebettet, bevor jedoch die neue Krone an der Schraube befestigt werden kann, muss der Patient mehrere Monate warten, bis sich die Schraube durch Integration mit dem umgebenden Knochengewebe stabilisiert hat. Den Forschern zufolge könnte dies auf einen einstufigen Prozess reduziert werden, bei dem der Patient das gesamte Implantat in einer Version dieser Beschichtungen erhält.
Die Studie wurde vom National Institute on Aging der National Institutes of Health gefördert und am David H. Koch Institut für Integrative Krebsforschung mit Unterstützung des Institute for Soldier Nanotechnologies am MIT durchgeführt.
Geschrieben von Grace Rattue