(Prof. Dr. Horst Weller, Dr. Christoph Gimmler)
Das Centrum für Angewandte Nanotechnologie (CAN GmbH) hat im Vereinspendenprojekt Weihnachten 2006: „Nanobeschichtungen“ an Beschichtungen für Endoprothesen geforscht, die mittels Nanopartikeln eine Beschichtung erhalten haben, um auch für unzementierte Prothesen einen erhöhten Schutz vor Entzündungen nach der Operation zu realisieren.
Die Idee dahinter ist, dass sich in der Beschichtung aus Nanopartikeln genug freies Volumen befindet (ähnlich wie in einem Schwamm – siehe Abbildung), in welches ein Wirkstoff – zum Beispiel ein Antibiotikum – eingebracht werden kann. Dieses soll dann bei einer auftretenden Entzündung an der Prothese freigesetzt werden.
Die Arbeiten an einer solchen, neuartigen zementfreien Prothese haben gezeigt, dass viele weitere Detailfragen zu klären sind. Insbesondere im Bereich der Zellkultur (Untersuchungen anhand von Knochenzellen) und der Freisetzung des Wirkstoffes sowie des (externen) Auslösers, der die Freisetzung dieses Wirkstoffes zur Folge hat, hat sich gezeigt, wo vertiefende Untersuchungen notwendig sind.
Ein wichtiger Punkt ist dabei die Erhöhung der mechanischen Stabilität der nanoporösen Beschichtung bezüglich Abrieb- und Kratzfestigkeit, sowie ihre Beständigkeit gegenüber Torsionskräften als Voraussetzung für die Praxistauglichkeit dieser neuartigen Prothese.
Ein weiterer Punkt befasst sich mit der Freisetzung. Um die Überlegenheit des Ansatzes zur Freisetzung von Antibiotika aus unzementierten Prothesen darzustellen, müssen erweiterte Studien mit externen Partnern im Bereich Endoprothetik und Zellkultur/Bakteriologie durchgeführt werden.
Grundsätzlich konnte gezeigt werden, dass eine nanoporöse Schicht aus bioverträglichem Titandioxidnanopartikeln geeignet ist, um als Reservoir für ein eingelagertes Antibiotikum zu dienen und somit den heute oft verwendeten Knochenzement aus Kunststoff überflüssig machen kann. Das Projekt hat als weiteres Ergebnis die erfolgreiche Herstellung von Titandioxidnanopartikeln mit stark unterschiedlichen Durchmessern, die nach ihrer Auftragung auf das Modell eines Implantats – ein Titanplättchen – ein poröses Netzwerk entstehen lassen. Weiterhin konnte in dieses Netzwerk eine Lösung aus bioabbaubarem Polymer (Polymilchsäure) und Antibiotikum eingebracht und in Zellkulturversuchen wieder freigesetzt werden.
Nanoporöse Beschichtung einer Endoprothese