Teilprojekt D10 - Implantate mit variabler Steifigkeit

Beeinflussung der Knochenheilung durch Implantate mit variabler Steifigkeit auf Basis von Formgedächtnislegierungen

Projektbeschreibung:

Die Knochenheilung ist durch mechanische Stimuli beeinflussbar und damit abhängig von der Steifigkeit stabilisierender interner Osteosynthesen. In diesem Teilprojekt werden auf Basis kommerziell erhältlicher Form-Gedächtnis Legierungen Implantate hergestellt, deren Steifigkeit durch kurzzeitige perkutane Induktionserwärmung aktiv verändert werden kann. Neben der Herstellung, der mechanischen Charakterisierung und dem in-vivo Nachweis der Variabilität der Steifigkeit der gefertigten Osteosyntheseplatten werden Untersuchungen zu lokalen und systemischen Nebenwirkungen durch die Induktion durchgeführt.

Knochenheilung ist beeinflusst durch die lokale Blutversorgung, Wachstumsfaktoren und Hormone, aber auch durch mechanische Stimuli. Die Steifigkeit vorhandener interner Osteosynthesen ist nicht variabel. Eine Dynamisierung wie z.B. von intramedullären Implantaten ist nur durch einen weiteren operativen Eingriff möglich. In diesem Teilprojekt werden auf Basis kommerziell erhältlicher Form-Gedächtnis Legierungen Implantate hergestellt, deren Steifigkeit durch kurzzeitige perkutane Induktionserwärmung aktiv verändert werden kann. Zunächst werden mittels durch Laserstrahlschneiden die Einzelelemente für das spätere Implantat konfektioniert (LZH). Anschließend wird durch gezielte Temperatureinbringung mittels Laserstrahl und überlagerter Verformung der Formgedächtniseffekt voreingestellt. Der Aufbau der Implantate erfolgt im letzten Schritt durch den Einsatz laserbasierter Fügeverfahren mit minimaler Wärmeeinbringung. In vitro Testungen erfolgen zur Festigkeit, Elastizität und (Dauer)Haltbarkeit der Implantate. In einer weiteren Testphase werden die Parameter zur Optimierung der Induktion definiert und die Effekte auf die Variabilität der Steifigkeit gemessen. In vivo werden am Rattenmodell die Nebenwirkungen der Induktion auf Knochen- und Weichgewebe mit möglichen systemischen Nebenwirkungen sowie Ableitungseffekte gemessen. Nach Ausschluss von entsprechenden Nebenwirkungen soll dann im Kaninchenmodell der Effekt der Induktion auf die Steifigkeitsänderungen verifiziert werden. Die Effekte auf die Knochenheilung und das Infektionsrisiko sollen in der dritten Antragsphase des SFB 599 evaluiert werden.