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Kunststoffe sind ein Goldstandard in der Medizin

Kunststoff in Ihrem Körper eingebaut? Vielleicht klingt es verrückt, aber wenn es um Gelenkersatz geht ist es überhaupt nicht verrückt, da artikulare Einsätze aus Polyethylen bestehen, um die Bewegung von künstlichen Gelenken zu gewährleisten. Natürlich ist es nicht die gleiche Art von Polymer aus dem die Supermarkt-Plastiktüten hergestellt werden, sondern vielmehr ultrahochmolekulares Polyethylen (UHMWPE) mit einer Feinstruktur.

Plastics are a gold standard in medicine
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Polymere werden nicht zur Herstellung ganzer Prothesen verwendet. Die Befestigung eines Implantats am Knochen wird durch den Einsatz eines Metallankers sichergestellt, der hauptsächlich aus Titan oder Metalllegierungen besteht. Das metallische Bauteil wird, dank einer speziell modifizierten Oberfläche und Form, am Knochen fixiert. Die Reibungsfreiheit der Gelenkfläche wird durch einen Gelenkeinsatz aus UHMWPE gewährleistet. Es wird verwendet, um Gelenkersatzteile für Hüfte, Knie, Ellenbogen, Schulter und Sprunggelenk herzustellen.

Warum diese Art von Polymer? „Es hat einen viel niedrigeren Reibungskoeffizienten als Teflon, das in den 1950er Jahren bei den Versuchen als Gelenkersatz erfolglos war. Es ist vollständig biokompatibel, sodass es vom menschlichen Körper problemlos akzeptiert wird, und nicht oxidiert. Es ist ein „Goldstandard“ der auf der ganzen Welt verwendet wird. Es gibt kein anderes Material mit ähnlichen Eigenschaften, das sämtliche Behörden weltweit genehmigen würden“, erklärt Professor David Pokorny von der Orthopädischen Klinik der ersten Medizinischen Fakultät der Karls-Universität in Prag, der das Material für den Gelenkersatz erforscht hat.

Wir wollen, dass das Gelenk fünfzig Jahre lang hält

Ultrahochmolekulares Polyethylen wurde erstmals 1962 verwendet, aber damals hielt der Ersatz in den Körpern der Patienten nur zehn bis fünfzehn Jahre. Heute sind Materialien dreißig oder mehr Jahre im Einsatz.

„Durch die Modifizierung der Polyethylenmoleküle erreichen wir wesentlich bessere Eigenschaften und insbesondere eine längere Lebensdauer der Implantate, sodass deren Austausch nicht notwendig ist. Gelenkeinsätze aus neu entwickeltem Material könnten 50 Jahre oder länger halten“, erklärte Professor Pokorny, der Ende 2016 zusammen mit seinem Team den Preis der Technologischen Agentur der Tschechischen Republik, für die Erforschung von ultrahochmolekularem Polyethylen, erhalten hat.

Professor Pokorny konzentrierte sich auf die Entwicklung einer Umgebung, die den menschlichen Körper während der Prüfung simuliert. „Das edle UHMWPE-Polymer kann durch Erhitzen, Bestrahlung und anderer Verfahren angepasst werden. Aber wenn wir das Material anpassen, wissen wir nicht, was es in den nächsten zehn oder zwanzig Jahren im Körper des Patienten macht. Deshalb haben wir eine Umgebung entwickelt, die den menschlichen Körper simuliert, wo wir das Material platzieren, es um zehn Jahre altern lassen, obwohl es tatsächlich nur für drei Monate da ist. Dann nehmen wir das Material heraus, testen und untersuchen es, wie es sich verändert hat“, sagt Professor Pokorny und beschreibt den Beitrag seines Teams. Im zweiten Teil der Studie untersuchten Wissenschaftler, welche Zusatzstoffe dem Polyethylen hinzugefügt werden können, damit es eine längere Lebensdauer erhält.

Das Problem der Lebensdauer von künstlichen Gelenken besteht darin, dass, im Falle bei den ursprünglichen Materialien, wenn Teile eines Gelenks aneinander reiben, Mikropartikel freigesetzt werden, die eine Entzündung im Körper verursachen, und Zellen aktivieren, die den Knochen abbauen. All dies verursacht beim Patienten Schmerzen und führt schrittweise zur Ablösung des Implantats. Forscher suchen daher nach einem Material, das so wenig wie möglich verschleißt, ohne andere erforderliche Eigenschaften zu verlieren. Moleküle aus hochmolekularem Polyethylen werden unter Verwendung von verschiedenen Technologien modifiziert, um eine Verkettung zu erreichen, und um somit ihre Langlebigkeit zu erhöhen.

Um Hüftgelenke zu ersetzen, liefern jetzt alle in- und ausländischen Unternehmen Gelenkeinsätze aus modernem, vernetztem Polyethylen mit sehr hoher Beständigkeit. Wissenschaftler suchen nach sogar noch besseren Materialien.

„Wir arbeiten jetzt an der Entwicklung der nächsten Generation von Polyethylen, das eine stabilisierte Struktur mit verschiedenen Antioxidantien besitzt. Es kann der Polymeroxidation, die auch im Körper des Patienten stattfindet, und dadurch die Qualität des Implantats reduziert, noch mehr Widerstand entgegensetzen“, sagt Professor Pokorny.