En keramisk resurfacing-protese til hofteled

Den hofteoverfladeprotese, der i øjeblikket bruges i operationer, er lavet af en legering bestående af kobolt, krom og molybdæn. Men dette metal tolereres ikke godt af alle patienter, nogle af dem udvikler allergiske reaktioner eller infektioner. I nogle tilfælde, protesen skal måske endda fjernes. Gennem projektet Ceramic Bonepreserver, Fraunhofer Institut for Keramiske Teknologier og Systemer IKTS har udviklet en ny keramisk resurfacing-protese bestående af lårbenshætte og monoblok acetabulum, som har en højere biokompatibilitet - og alligevel er lige så stabile og stærke som deres metalmodstykker.

Hofteledsoperationer er en af ​​de mest almindelige procedurer på tyske hospitaler. Faktisk, ifølge Tysklands føderale statistiske kontor, cirka 220, 000 kunstige hofteled implanteres hvert år, generelt på grund af ulykker og det slid, ældre mennesker typisk oplever.

En legering bestående af kobolt, krom og molybdæn er et af de mest almindelige materialer. Imidlertid, metalafslidning fører ofte til problemer såsom den frygtede tilstand metallose, hvor patienten i sidste ende lider af irritation, allergiske reaktioner, infektioner eller endda pseudotumorer. Metalioner kan også påvises i blod og væv. Hvis det værste kommer til værst, patienten skal muligvis gennemgå endnu en operation og få fjernet protesen.

En innovativ resurfacing-protese baseret på keramik er meget mere biokompatibel, da keramik ikke forårsager allergiske reaktioner eller infektioner. Protesen blev udviklet af Fraunhofer IKTS som en del af Ceramic Bonepreserver joint project, et samarbejde med medicinsk udstyrsproducent Mathys Orthopädie GmbH.

Knoglebevarende rekonstruktion for bedre biokompatibilitet

Ud over høj biokompatibilitet, den metalfri resurfacing-protese giver også yderligere fordele. "Den keramiske resurfacing-protese muliggør knoglebevarende endoprotetisk rekonstruktion af hofteleddet, " forklarer projektleder Martina Johannes fra Fraunhofer IKTS på Hermsdorf-lokationen.

Denne innovative resurfacing-protese er en kombination af lårbenshætte og monoblok acetabulum. Under operationen, lårbenshætten er implanteret i lårbenet, og dets modstykke, acetabulum, forankret i hoftebenet. De overflader, der i sidste ende vil blive omsluttet af knogler, er struktureret til at forbedre knoglecellevedhæftningen. I modsætning, kontaktområdet af det kunstige led mellem acetabulum og kugleelementet på lårbenshætten er fuldstændig glat for at muliggøre ubesværet og sømløs bevægelse af benet.

Produktion af ATZ keramik med kornstørrelser i nanometerområdet

Fraunhofer IKTS har mange års erfaring i produktion og forarbejdning af keramiske materialer, herunder formgivningsprocessen, der anvendes i medicinsk teknik, hvor kravene til præcision og pålidelighed er særligt høje. Martina Johannes' team har yderligere optimeret procestrinene for Ceramic Bonepreserver-projektet. I det første trin, de fremskaffede keramiske materialer - aluminiumoxid og zirconiumdioxid - er fint spredt. Ved at bruge dette som grundlag, forskerne laver en ultraren suspension. "Partiklerne skal være jævnt fordelt i suspensionen for at sikre kvaliteten af ​​det endelige produkt, som skal være helt fri for porer, urenheder eller andre defekter. Medicinske implantater skal være fri for fejl, " siger Johannes.

Derefter dannes acetabulum ved hjælp af glidestøbeprocessen, en metode, der er almindelig i traditionel porcelænsproduktion og er videreudviklet hos Fraunhofer IKTS. Produkterne opnår deres endelige egenskaber under sintringsprocessen, hvilket er det sidste skridt. "Med sintret aluminiumoxid-hærdet zirconia (ATZ) dispersionskeramik, vi opnår en struktur med en kornstørrelse på mellem 310 og 320 nanometer, siger Johannes. Til sammenligning, det meget fine kaffegrums, der bruges til espresso, har en kornstørrelse på 250 mikrometer, som er omkring 1000 gange større.

Martina Johannes' arbejdsgruppe er certificeret i henhold til EN ISO13485 standarden for produktion og udvikling af medicinsk ingeniørmaterialer og komponenter og gennemgår derfor strenge tests af regelmæssigt.

Enestående styrke og langsigtet stabilitet

Hvad med styrken og stabiliteten af ​​de keramiske implantater? Fraunhofer-forskere har udført en række tests for at bestemme, hvor robust og stabilt materialet er. "Bøjer, tryk- og belastningstest har afsløret, at de keramiske proteser er mindst lige så stabile og robuste som et produkt fremstillet af metal. Resultatet er genopfriskning af proteser, der viser længere brugbarhed og tolereres godt af mennesker, " siger Johannes.

Fællesprojektet Ceramic Bonepreserver blev afsluttet i september 2020 og støttet af den tyske delstat Thüringen med 800, 000 euro. Projektet kommer på det helt rigtige tidspunkt:sundhedseksperter forudsiger, at efterhånden som den forventede levetid stiger, så, også, vil antallet af hofteledsoperationer, da størstedelen af ​​operationerne udføres på aldersgruppen 70 til 80-årige. Keramiske hofteledsproteser går langt i at sikre, at operationer og den efterfølgende helingsproces stort set er smertefri og uden komplikationer.