Biokompatibilitätsoptimierung durch biochemische Modifikation der Titanoberfläche mit kovalent gebundener, verzögert abbaubarer Kollagenbeschichtung zur Entwicklung klinisch einsetzbarer Dauerimplantate

• Applicant: Professor Dr. Michael Nerlich
• Subject Area: Materials Engineering
• Term: from 2000 to 2004
• Project identifier: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 5262351

Schwerpunktprogramm Biosystem 3221100Biokompatibilitätsopitimierung durch biochemische Modifikation der Titanoberfläche mit kovalent gebundener, verzögert abbaubarer Kollagenbeschichtung zur Entwicklung klinisch einsetzbarer Dauerimplantate.Für die Frakturversorgung sind Metallimplantate notwendig. Mit der Einführung der Plattenosteosynthese zur Frakturbehandlung konnten bei jungen Patienten mit gut vaskularisiertem Knochen große Erfolge erzielt werden, die jedoch bei schlechterer biologischer Veraussetzung (offene Frakturen, alte Patienten, Raucher, Diabetiker) nicht im gleichen Maße eintraten. Dabei zeigte sich eine erhöhte Rate an osteosynthesebedingten Knochennekrosen mit Ausbildung von Implantatlockerung und eingeschränkter Frakturheilung sowie eine Reduktion der lokalen Infektabwehr mit konsekutivem Auftreten von chronischen Osteomyelitiden und Spätinfekten.Aufgrund von adversen Effekten wie z.B. Wundheilungsstörungen, allergischen Reaktionen gegen das Implantat und Infektionen verspricht eine Biologisierung metallischer Implantate eine Steigerung der Biokompatibilität und entsprechend eine Reduktion der oben genannten Komplikationen. In der Frakturbehandlung werden Edelbstahl, Reintitan oder Titanlegierungen eingesetzt. Bei Titanplantaten treten nachweislich verminderte Komplikationen, wie z.B. lokale Infektionsraten in Vergleich zu Edelstahl auf. Implantate aus Titanwerkstoffen zeigten in den bisherigen Studien eine höhere Biokompatibilität verglichen mit Edelstahlimplantaten. Trotzdem stellt auch das Titanimplantat einen Fremdkörper im menschlichen Gewebe dar, dessen biologische Auswirkung bis heute noch nicht vollständig geklärt ist. Daher muß versucht werden, durch eine Biologisierung die Biokompatibilität der Oberflächen von Titanimplantaten zu steigern und damit eine langzeitige Implantation zu ermöglichen.Die Zielstellung des Gesamtantrages ist die Oberflächenmodifikation von Implantatoberflächen aus den Werkstoffen Reintitan oder Titanlegierung zur zusätzlichen Steigerung deren Bioaktivität. Dem Konzept liegt Dreischichtensystem zugrunde:- Erzeugung von Metalloberfächen definierter Oberflächenchemie durch elektrochemische und naßchemische Vorbehandlung- Aktivierung der Metalloberflächen mit einer monomolekularen Schicht von Silanhaftvermittlern- Kovalente Anbindung einer dünnen Schicht der bioaktiven Substanz Kollagen an das Titan über den Silanhaftvermittler; zur Erhöhung der Kollagenstabilität ist dieses in sich quervernetztDie Einzelschritte werden hierbei nach einschlägigen Verfahren getestet und zu einem Gesamtkonzept zur Biologierung von Metallimplantaten auf Titanbasis zusammengefaßt.

• DFG Programme: Priority Programmes
• Subproject of: SPP 1100: Interface between Biomaterial and Biosystem