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Langzeitrisiken von Implantaten

Langzeitrisiken von Implantaten - Metalle aus Endoprothesen können sich im Knochen ablagern (Charité).



Eine Forschungsgruppe der Charité – Universitätsmedizin Berlin konnte mit Hilfe hochkomplexer Analysemethoden detailliert nachverfolgen, wie verschiedene Metalle aus Endoprothesen freigesetzt werden und sich im umliegenden Knochengewebe anreichern. Auch unabhängig von mechanischer Belastung kann es –
anders als bisher angenommen – aus verschiedenen Prothesenteilen zu einer
ständigen Freisetzung von Metallen kommen. Die im Fachmagazin Advanced Science
veröffentlichen Erkenntnisse sollen helfen, die Materialien von Implantaten zu
optimieren und ihre Sicherheit zu erhöhen.

Moderne Endoprothesen sollen Patienten mit chronisch degenerativen
Gelenkerkrankungen eine schmerzfreie Beweglichkeit ermöglichen und so ihre
Lebensqualität deutlich verbessern. Für solchen 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
belegten, dass es an den Reibungsflächen, so genannte Gleitpaarungen, zu einem
Abrieb von Metallen kommen kann. Diese Metallrückstände können zu einer
Rückbildung des umliegenden Knochens, der sogenannten Osteolyse, 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 um Dr. Sven Geißler am Julius-Wolff-Institut für
Biomechanik und Muskuloskeletale Regeneration der Charité hat nun die räumliche
Verteilung und lokale Toxikokinetik von freigesetzten metallischen Verschleiß-
und Korrosionsprodukten im umliegenden Knochengewebe unter Verwendung eines
einzigartigen Synchrotron-basierten Röntgenfluoreszenz-Bildgebungssystems
detailliert untersucht. „Mit unserer Arbeit zeigen wir zum ersten Mal, dass
sowohl partikuläre als auch gelöste Metalle, die aus Endoprothesen stammen, im
umliegenden Knochen und im Knochenmark in überphysiologischen Konzentrationen
vorhanden sind“, sagt Dr. Geißler. „Die kollagenhaltige Schicht, die nach der
Operation das Implantat verkapselt, isoliert dieses somit nicht in dem Ausmaß
vom menschlichen Gewebe wie bisher angenommen.“

Die Forschenden untersuchten hierfür winzige Knochenproben von 14 Patienten,
bei denen ein Hüft- oder Kniegelenk ersetzt werden musste. Sie nutzten hierfür
die Röntgenfluoreszenzanalyse, um die elementare Zusammensetzung der Proben
qualitativ und quantitativ zu bestimmen. Diese Technik gestattet einzigartige
Einblicke hinsichtlich Konzentration, Verteilung, Lokalisierung und
Anreicherung von metallischen Abbauprodukten wie Kobalt, Chrom oder Titan im
angrenzenden Knochen und im Knochenmark. Die notwendige sehr reine und
fokussierte Röntgenstrahlung hoher Intensität wurde durch die
Synchrotronstrahlungsquelle des Teilchenbeschleunigers der European Synchrotron
Radiation Facility (ESRF) im französischen Grenoble erreicht und erlaubt eine
weltweit einmalige Ortsauflösung von bis zu 30 Nanometer. „Im Rahmen unserer
Arbeit bringen wir also eine klinisch hochrelevante Fragestellung und einen
hochkomplexen experimentellen Aufbau zusammen“, erklärt Dr. Janosch Schoon,
Erstautor der Studie.

„Unsere Studie leistet einen wesentlichen Betrag zur Verbesserung der
Risiko-Nutzen-Bewertung von Medizinprodukten und zeigt, dass diese nicht nur
Biokompatibilitätstests von Ausgangsmaterialien, sondern auch von deren
späteren Verschleiß- und Korrosionsprodukten umfassen sollte. Auf diese Weise
tragen die aktuellen Daten entscheidend dazu bei, die Implantatsicherheit auf
dem höchstmöglichen Niveau zu halten“, resümiert Dr. Geißler. 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: Charité, 11.08.2020

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