De heupprothese die momenteel bij operaties wordt gebruikt, is gemaakt van een legering bestaande uit kobalt, chroom en molybdeen. Maar dit metaal wordt niet door alle patiënten goed verdragen, waarvan sommigen allergische reacties of infecties ontwikkelen. In sommige gevallen, de prothese moet mogelijk zelfs worden verwijderd. Via het Ceramic Bonepreserver-project, Fraunhofer Instituut voor Keramische Technologieën en Systemen IKTS heeft een nieuwe keramische resurfacing prothese ontwikkeld bestaande uit femurkap en monobloc acetabulum, die een hogere biocompatibiliteit hebben - en toch net zo stabiel en sterk zijn als hun metalen tegenhangers.

Heupgewrichtoperaties zijn een van de meest voorkomende procedures in Duitse ziekenhuizen. In feite, volgens het Duitse Federale Bureau voor de Statistiek, ongeveer 220, Jaarlijks worden er 000 kunstheupgewrichten geïmplanteerd, meestal als gevolg van ongevallen en de slijtage die oudere mensen doorgaans ervaren.

Een legering bestaande uit kobalt, chroom en molybdeen zijn een van de meest gebruikte materialen. Echter, metaalslijtage leidt vaak tot problemen zoals de gevreesde toestand metallose, waarbij de patiënt uiteindelijk last heeft van irritatie, allergische reacties, infecties of zelfs pseudotumoren. Metaalionen kunnen ook worden gedetecteerd in bloed en weefsel. Als het ergste tot het ergste komt, de patiënt moet mogelijk nog een operatie ondergaan en de prothese laten verwijderen.

Een innovatieve resurfacing prothese op basis van keramiek is veel meer biocompatibel, aangezien keramiek geen allergische reacties of infecties veroorzaakt. De prothese is ontwikkeld door het Fraunhofer IKTS als onderdeel van het gezamenlijke project Ceramic Bonepreserver, een samenwerking met fabrikant van medische hulpmiddelen Mathys Orthopädie GmbH.

Botbehoudende reconstructie voor betere biocompatibiliteit

Naast een hoge biocompatibiliteit, de metaalvrije resurfacing-prothese biedt ook andere voordelen. "De keramische resurfacing-prothese maakt een botbehoudende endoprothetische reconstructie van het heupgewricht mogelijk, " legt projectmanager Martina Johannes van Fraunhofer IKTS op de locatie Hermsdorf uit.

Deze innovatieve resurfacing prothese is een combinatie van femurkap en monobloc acetabulum. Tijdens de operatie, de femurkap wordt in het dijbeen geïmplanteerd, en zijn tegenhanger, het acetabulum, verankerd in het heupbeen. De oppervlakken die uiteindelijk door bot worden omsloten, zijn gestructureerd om de hechting van botcellen te verbeteren. In tegenstelling tot, het contactgebied van het kunstgewricht tussen het acetabulum en het kogelelement van de femurkap is volledig glad om een ​​moeiteloze en naadloze beweging van het been mogelijk te maken.

Productie van ATZ-keramiek met korrelgroottes in het nanometerbereik

Fraunhofer IKTS heeft jarenlange ervaring in de productie en verwerking van keramische materialen, inclusief het vormingsproces dat wordt gebruikt in de medische techniek, waar de eisen op het gebied van precisie en betrouwbaarheid bijzonder hoog zijn. Het team van Martina Johannes heeft de processtappen voor het Ceramic Bonepreserver-project verder geoptimaliseerd. In de eerste stap, de ingekochte keramische materialen - aluminiumoxide en zirkoniumdioxide - zijn fijn gedispergeerd. Met dit als basis, de onderzoekers creëren een ultrazuivere suspensie. "De deeltjes moeten gelijkmatig in de suspensie worden verdeeld om de kwaliteit van het eindproduct te waarborgen, die volledig vrij moet zijn van poriën, onzuiverheden of andere gebreken. Medische implantaten moeten vrij zijn van gebreken, " zegt Johannes.

Het acetabulum wordt vervolgens gevormd met behulp van het slipgietproces, een methode die gebruikelijk is in de traditionele porseleinproductie en doorontwikkeld is bij Fraunhofer IKTS. De producten bereiken hun uiteindelijke eigenschappen tijdens het sinterproces, wat de laatste stap is. "Met gesinterd aluminiumoxide-gehard zirkoniumoxide (ATZ) dispersiekeramiek, we bereiken een structuur met een korrelgrootte tussen 310 en 320 nanometer, " zegt Johannes. Ter vergelijking:het zeer fijne koffiedik dat voor espresso wordt gebruikt, heeft een korrelgrootte van 250 micrometer, die ongeveer 1000 keer groter is.

De werkgroep van Martina Johannes is gecertificeerd volgens de norm EN ISO13485 voor de productie en ontwikkeling van medisch technische materialen en componenten en wordt daarom regelmatig streng getest.

Uitzonderlijke sterkte en langdurige stabiliteit

Hoe zit het met de sterkte en stabiliteit van de keramische implantaten? Onderzoekers van Fraunhofer hebben een reeks tests uitgevoerd om te bepalen hoe robuust en stabiel het materiaal is. "Buigen, druk- en belastingtesten hebben uitgewezen dat de keramische prothesen minstens zo stabiel en robuust zijn als een product van metaal. Het resultaat is resurfacing prothesen die langer bruikbaar zijn en goed worden verdragen door mensen, " zegt Johannes.

Het gezamenlijke project Ceramic Bonepreserver werd in september 2020 voltooid en ondersteund door de Duitse deelstaat Thüringen met 800, 000 euro. Het project komt precies op het juiste moment:gezondheidsexperts voorspellen dat, naarmate de levensverwachting toeneemt, dus, te, zal het aantal heupgewrichtoperaties, aangezien het merendeel van de operaties wordt uitgevoerd in de leeftijdsgroep van 70 tot 80 jaar. Keramische heupgewrichtprothesen zorgen ervoor dat operaties en het daaropvolgende genezingsproces grotendeels pijnvrij en zonder complicaties zijn.