14.08.2020

Metalle aus Endoprothesen können sich im Knochen ablagern

(fast) Eine Forschungsgruppe der Charité in Berlin konnte mit Hilfe von Röntgenfluoreszenzanalysen nachverfolgen, wie Metalle aus Endoprothesen freigesetzt werden und sich im Knochengewebe anreichern. Die Erkenntnisse sollen helfen, die Materialien von Implantaten zu optimieren und ihre Sicherheit zu erhöhen.

Räumlich hochaufgelöste Synchrotron-Röntgenfluoreszenzanalysen von humanen Knochen- und Knochenmarkbiopsien mit Verteilungsmustern von Cobalt, Chrom, Titan.

© Naujok/ Charité

Moderne Endoprothesen sollen Patienten mit chronisch degenerativen Gelenkerkrankungen eine schmerzfreie Beweglichkeit ermöglichen und so ihre Lebensqualität verbessern. Für den künstlichen Gelenkersatz werden Materialien mit verschiedenen Metallverbindungen verwendet, um eine mechanische Stabilität des Implantats möglichst lange zu gewährleisten. Entscheidend für den langfristigen Erfolg einer Endoprothese ist jedoch eine stabile Integration in das umliegende Knochengewebe. Frühere Arbeiten zur Implantatstabilität belegen, dass es an den Reibungsflächen zu einem Abrieb von Metallen kommen kann. Diese Metallrückstände können zu einer Rückbildung des umliegenden Knochens und somit zu einer frühzeitigen Lockerung der Implantate führen. Allerdings wurde eine mögliche ständige Freisetzung von Metallen aus anderen Teilen der Prothese bisher außer Acht gelassen.

Die Forschungsgruppe der Charité hat nun die räumliche Verteilung und lokale Toxikokinetik von freigesetzten metallischen Verschleiß- und Korrosionsprodukten im umliegenden Knochengewebe unter Verwendung eines Synchrotron-basierten Röntgenfluoreszenz-Bildgebungssystems detailliert untersucht. Mit ihrer Arbeit zeigen die Forscher zum ersten Mal, dass metallische Abbauprodukte von Endoprothesen wie Kobalt, Chrom oder Titan im angrenzenden Knochen und im Knochenmark in nicht physiologischen Konzentrationen vorhanden sind. Die kollagenhaltige Schicht, die nach der Operation das Implantat verkapselt, isoliert dieses somit nicht in dem Ausmaß vom menschlichen Gewebe wie bisher angenommen, erklären die Wissenschaftler weiter. 

Die Studie leiste einen wesentlichen Betrag zur Verbesserung der Risiko-Nutzen-Bewertung von Medizinprodukten und zeige, dass diese nicht nur Biokompatibilitätstests von Ausgangsmaterialien, sondern auch von deren späteren Verschleiß- und Korrosionsprodukten umfassen sollten. Auf diese Weise tragen die aktuellen Daten entscheidend dazu bei, die Implantatsicherheit auf dem höchstmöglichen Niveau zu halten, resümieren die Autoren. Basierend auf den Erkenntnissen sollen in nachfolgenden Untersuchungen die biologischen Konsequenzen der Metallfreisetzung im Knochen und Knochenmark erforscht werden. Zugleich werden neue Ansätze entwickelt, die eine zuverlässige präklinische Testung von Implantatmaterialien in humanen Zellen und im Labor gezüchteten Geweben erlauben.

Quelle: idw


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