Keramische Implantate fr Jedermann

In den vergangenen Wochen wurde in den Medien berichtet, dass die Verfgbarkeit von

Endoprothesen fr einige Patientengruppen demnchst aus Kosten-/Nutzenabwgungen

eingeschrnkt werden knnte. Dies wurde aus Kreisen des betreffenden Bundesministeriums

umgehend dementiert.

Dennoch sollte dies als Denkansto begriffen werden, dass ein dringender Bedarf besteht, die

Kosten fr die Versorgung mit Hft- und Kniegelenksimplantaten etc. kritisch zu

hinterfragen. Das Thema besitzt fr die medizinische Versorgung auch ber den Standort

Deutschland hinaus groe gesellschaftspolitische Relevanz, denn im Bereich von

Entwicklungs- und Schwellenlndern sind Implantate zumal aus Keramik fr viele Bevlkerungsschichten weitgehend unerschwinglich.

Aus Kostengrnden werden auch heute routinemig Implantate aus Spezialstahl und NDPE-

Kunststoffgegenkrper eingesetzt, deren Gebrauchsdauer je nach Belastung bei 1015 Jahren begrenzt ist. Bessere Werkstoffqualitten aus Keramik, die deutlich langlebiger sind,

ermglichen eine Reduktion des Verschleies und eine bessere Biokompatibilitt

(Vertrglichkeit) des Implantates, wodurch Entzndungen im Gewebe vermindert und die

Implantatlockerung verlangsamt werden. Die vorteilhaften Eigenschaften hinsichtlich der

Wechselwirkungen mit dem umgebenden Gewebe fhren auch zu beschleunigtem

Einwachsen, was insbesondere der schnelleren Mobilisierung von Patienten nach der

Operation zugute kommt.

Am Institut fr Fertigungstechnologie keramischer Bauteile (IFKB) hat man sich der

Thematik angenommen und versucht, durch einen deutlich preiswerteren Fertigungsweg

Keramikimplantate einem greren und weniger vermgenden Patientenkreis zugnglich zu

machen. Das Projekt wird am IFKB durch M.Sc. Mohammed Abou El-Ezz im Rahmen einer

Doktorarbeit in der Graduate School of Excellence in advanced Manufacturing Engineering

(GSaME) durchgefhrt, durch die Hans-Bckler-Stiftung finanziert und von Prof. Dr. Dr.

Rainer Gadow und Dr. Frank Kern betreut.

Die Herausforderung in der Fertigungstechnologie besteht in einem neuen Ansatz fr die

Werkstoff- und Prozessentwicklung entlang der Prozesskette von der Rohstoffkonditio-nierung ber das Formgebungsverfahren bis zur Endbearbeitung , der die erforderlichen hohen Qualitten implantatkeramischer Produkte mit den Kostenzielen fr einen breiteren

Markt in Einklang bringt. Ziel ist es, durch die Anwendung des keramischen Spritzgieens

Implantate in endkonturnaher Geometrie herzustellen und so weitgehend auf die sehr

kostenintensive Endbearbeitung der harten und zhen Keramik zu verzichten. Durch das

Potential zur Net-shape-Formgebung des keramischen Spritzgieens wird die Taktzeit sowie

die Nacharbeit erheblich reduziert, dafr ist verfahrensbedingt der Anteil an Binde- und

Hilfsstoffen hher, wodurch sich die gesamte Wrmebehandlung und chemische Technik

komplizierter gestalten.

Im Rahmen des Projektes wurden zunchst fr die Spritzgietechnik geeignete hochfeste und

zhe Mischoxidkeramiken entwickelt. Aluminiumoxid-Zirkonoxid-Nanokomposite sind

keramische Hochleistungswerkstoffe fr biomedizinische Anwendungen, die eine hohe

Festigkeit, Biokompatibilitt und Hrte besitzen. Dadurch sind sie metallischen Werkstoffen

in orthopdischen Anwendungen berlegen. Die blichen Nachteile der Keramiken,

insbesondere die Sprdbruchanflligkeit, knnen durch die Anwendung von

Verstrkungsmechanismen auf der Gefgeebene vermieden werden, welche zu einer

Steigerung der Bruchzhigkeit, Hrte und Dauerfestigkeit dieser Werkstoffe fhren.

Im laufenden Forschungsvorhaben gilt es, nach den werkstofftechnischen Vorarbeiten die

fertigungstechnische Umsetzung voranzutreiben, um die Grenzen und Mglichkeiten des

Verfahrens fr die Herstellung von Hftgelenksimplantaten auszuloten. Prozess- und

Materialoptimierungen auf der Basis detaillierter Analysen der Bauteilgefge und

Versagenskriterien sollen letztendlich dazu fhren, dass preiswerte Implantate hoher

Zuverlssigkeit in groen Stckzahlen hergestellt werden knnen.

Erste, spritzgegossene Hftgelenksimplantate aus ZTA-Verbundkeramik wurden in diesem

Frhjahr am IFKB auch mit Untersttzung von dem HBW-Gubesch Egypt-Unternehmen

hergestellt. Die Ergebnisse sind vielversprechend und lassen hoffen, dass diese neue

Prozessroute fr keramische Implantate einen groen Einfluss auf die Kosten dieser Produkte

haben wird und sich dadurch der Kreis der Patientengruppen, die von dieser modernen

Werkstofftechnologie in der Medizintechnik profitieren, erheblich erweitert. Durch die

Erhhung der Lebensdauer der Prothesen steigt nicht nur die Lebensqualitt der Betroffenen,

sondern die Gesundheitskosten werden real gesenkt, da weniger Ersatzoperationen und

Nachsorgemanahmen notwendig werden. Bei einer demografischen Entwicklung mit einer

steigenden Anzahl alter Menschen ist dies von erheblichem gesellschaftlichem Interesse, was

die Bedeutung von Forschung und Entwicklung vom Werkstoff bis zur industriellen

Fertigungstechnik nicht nur fr den Standort Baden-Wrttemberg unterstreicht.

spritzgegossenen keramischen Hftgelenkskopf