Bei der Entwicklung von Implantaten im Knochenkontakt (z.B. Zahnimplantate, Hüftimplantate etc.) stellt das erfolgreiche Einheilen in den Knochen eine der großen Herausforderungen dar. Ein wichtiger Aspekt dabei ist es, die Oberfläche eines Implantates so zu gestalten, dass die Anlagerung von Körperzellen unterstützt wird und somit das Implantat eine schnelle und gute Haftung zum Knochen herstellt. Aus diesem Grund werden die Oberflächen von Implantaten über Sandstrahl- und Ätzprozesse in mikroskopischen Maßstäben aufgeraut. Durch diese Prozesse wird die spezifische Oberfläche des Implantats vergrößert, mehr Knochenzellen können am Implantat anhaften, die Einheilung wird verbessert und die Standzeit des Implantats steigt. Die Voraussetzung dieser verbesserten Eigenschaften ist, dass die Aufrauhung der Oberfläche in Strukturgrößen erfolgt, die von Knochenzellen auch nutzbar sind. Aus diesem Grund ist die exakte Bestimmung von Rauheiten auf Implantatoberflächen eine der wichtigsten Analysen bei der Entwicklung neuartiger Implantate.
Forscher des Instituts für Bioprozess- und Analysenmesstechnik e.V. (iba) haben eine Methode entwickelt, mit der sie diese mikroskopische Rauheit auch auf komplexen Implantatoberflächen, wie beispielsweise den Gewindegängen von Zahnimplantaten, sicher bestimmen können. Sie benutzen dabei das Verfahren der Stereo-Rasterelektronenmikroskopie, welches mit Hilfe eines fokussierten Elektronenstrahls die Implantatoberfläche aus unterschiedlichen Winkeln abtastet und somit ein dreidimensionales Modell der Implantatoberfläche erstellt. Aus dem erstellten Modell ermitteln die Forscher anhand mathematischer Routinen Rauheitsparameter, welche für ein Anhaften von Zellen und somit für ein erfolgreiches Einheilen des Implantates relevant sind. Die Vorteile dieser Methode liegen darin, dass Rauheitsmessungen direkt am fertigen Implantat durchgeführt werden können. Mit herkömmlichen Methoden ist es meist nur möglich an flachen Oberflächen derartige Messungen vorzunehmen.
Für die Veröffentlichung ihrer Arbeiten werden Wissenschaftler des iba nun auf der Jahrestagung der Deutschen Gesellschaft für Implantologie, auf der mehrere hundert Wissenschaftler über ihre aktuellen Forschungsergebnisse berichten, für die beste experimentelle Arbeit ausgezeichnet. Der Erstautor der Arbeiten, der Biotechnologe Holger Rothe, wird den mit 1000 € dotierten Preis am 26. November im Rahmen der Tagung in Hamburg entgegennehmen. Rothe beschäftigt sich seit 10 Jahren am iba mit der Charakterisierung und gezielten Verbesserung von Oberflächen, die im Kontakt zu biologischen Systemen stehen. Im Fokus seiner Arbeiten stehen dabei neben Implantatoberflächen auch antibakterielle Oberflächen sowie Gerüststrukturen für die Züchtung künstlicher Gewebe wie Knochen und Knorpel. Er hat davor an der Staatlichen Studienakademie Riesa ein Studium zum Diplom Ingenieur für Biotechnologie absolviert und dabei schon mehrere Praxisprojekte sowie seine Diplomarbeit am iba bearbeitet.
Die Forscher des iba haben auf dem Gebiet von Implantaten für die Humanmedizin inzwischen jahrzehntelange Erfahrung und sind international anerkannte Experten. Sie arbeiten weltweit mit Universitäten und Kliniken ebenso zusammen wie mit marktführenden Firmen, z.B. mit Herstellern von Dentallegierungen und Produzenten von Hüft-, Schulter- und Zahnimplantaten. Die Verlängerung der Standzeiten, also die Dauer, welche ein Implantat im Körper funktionstüchtig verbleiben kann, ist neben der Minderung des Riskos von Frühausfällen von Implantaten einer der wichtigsten Faktoren für die Senkung der Kosten im Gesundheitswesen. Auch mit Unterstützung der iba-Forscher ist es in den letzten 20 Jahren gelungen, diese Standzeiten merklich zu erhöhen. Das freut vor allem die betroffenen Patienten, die deutlich geringere Beschwerden haben und sich weniger häufig Folgeeingriffen unterziehen müssen.
Die jetzt ausgezeichneten Forschungsarbeiten des iba legen einen wichtigen Grundstein für ein noch besseres Verständnis der Wechselwirkungen zwischen Knochenzellen und Implantatoberflächen und tragen zur Entwicklung weiter verbesserter Implantaten bei.