Selbstheilender Knochenersatz

Forscher der Universität Jena haben einen neuen, selbstheilenden Knochenersatz entwickelt. Wie die Selbstheilung funktioniert, lesen Sie hier.

Große Operationen nach Beschädigung von Knochenersatz können durch Selbstheilung wegfallen. © rh2010 – stock.adobe.com

Während unser Körper Verletzungen selbst behandeln kann, besitzen Knochenersatzmaterialien diese Eigenschaft noch nicht. Wenn ein Knochenersatz Schaden nimmt, ist häufig eine Operation notwendig, um ihn zu reparieren. Ein selbstheilender Knochenersatz ist noch nicht entdeckt worden – bis jetzt. Forscher entwickelten nun ein Material, dass eigene Schäden nicht nur mindert, sondern auch die Fähigkeit besitzt, sich selbst wieder zu heilen.

Die Wissenschaftler der Universität Jena konzentrierten sich gemeinsam mit Kollegen der Universität Würzburg im Rahmen des Schwerpunktprogramms „Selbstheilende Materialien“ auf Kalziumphosphat-Zement. Dieser Stoff kommt bereits häufig zum Einsatz, da er die Knochenbildung anregt und das Einwachsen von Blutgefäßen steigert. So eignet sich Kalziumphosphat-Zement gut für die Entwicklung eines selbstheilenden Knochenersatz. Auch minimalinvasiv ist er als Paste bereits nutzbar und kann sich aufgrund der Verformbarkeit eng an die Knochenstruktur anlegen.

Keine Risse im selbstheilenden Knochenersatz

Doch der Stoff hat auch einen Nachteil, denn es bilden sich Risse unter großer Belastung. Diese können sich schnell weiter öffnen und das Implantat destabilisieren. „Deshalb wird Kalziumphosphat-Zement bisher hauptsächlich an Knochen eingesetzt, die keine lasttragende Rolle im Skelett einnehmen, etwa im Mund- und Kieferbereich“, erläutert Prof. Dr. Frank A. Müller von der Universität Jena.

Hier setzt der neue, selbstheilende Knochenersatz an, damit aus möglichen Rissen keine folgenschweren Schäden resultieren. Stattdessen soll das Material die Fähigkeit besitzen, diese Risse selbst wieder zu schließen. Dies erlangten die Forscher durch beigemengte Kohlenstofffasern. „Diese Fasern erhöhen zum einen die Schadenstoleranz des Zements enorm, da sie entstehende Risse überbrücken und so verhindern, dass sich diese weiter öffnen“, erklärt Müller. „Zum anderen haben wir die Oberfläche der Fasern chemisch aktiviert. Das bedeutet, sobald die offenliegenden Fasern in Kontakt mit Körperflüssigkeit kommen, die sich durch die Rissbildung in den entstandenen Öffnungen sammelt, wird ein Mineralisierungsprozess initiiert. Der dabei entstehende Apatit – ein generell wichtiger Grundbaustein des Knochengewebes – verschließt den Riss dann wieder.“

Die Forscher testeten diesen Prozess, indem sie den neuen Kalziumphosphat-Zement bewusst schädigten und in simulierter Körperflüssigkeit ausheilten. Durch die Faserverstärkung in Verbindung mit der selbstheilenden Eigenschaft des Knochenersatzes verbessert sich nicht nur die Prognose unter Belastung. Auch der Einsatzbereich erweitert sich möglicherweise auf lasttragende Bereiche.

Quelle: Universität Jena