Künstliche Gelenke entscheidend verbessert

Gute Aussichten für Implantat-Patienten: Wissenschaftler des Instituts für Fertigungstechnik und Werkzeugmaschinen (IFW) am Produktionstechnischen Zentrum (PZH) der Leibniz Universität Hannover forschen an verschleißarmen Gelenken aus Keramik. Sie halten mindestens zehn Jahre länger als bisherige Prothesen aus Metall und Kunststoff. Das steigert die Lebensqualität der Patienten beträchtlich. Gleichzeitig sinkt die Zahl der kostenintensiven Operationen.

Die Biomedizintechnik, zu der diese Forschungen gehören, ist ein Schwerpunkt des Maschinenbaus an der Leibniz Universität Hannover. In diesem innovativen Feld arbeiten Ingenieure mit Medizinern und Naturwissenschaftlern zusammen. Die Themenfelder reichen von körperabbaubaren Werkstoffen über die Simulation von Organfunktionen bis hin zu neuen Technologien in der Chirurgie.

Bislang bestehen künstliche Gelenke meistens aus einer Metall-Legierung sowie aus Kunststoff-Elementen. Doch die Lebensdauer dieser Prothesen liegt nur bei zehn bis 15 Jahren. Dann beginnt sich die Verbindung zwischen Knochen und Prothese zu lockern. Schuld daran ist vor allem der Abrieb des Kunststoffs. Der Verschleiß verschlechtert nicht nur die Funktionsfähigkeit der Prothese, sondern führt auch zu Entzündungen und verursacht starke Schmerzen. Als einziger Ausweg bleibt nur der Ersatz des künstlichen Gelenks. Die damit verbundene Operation bedeutet eine starke Belastung für den Patienten und verursacht beträchtliche Kosten.

Wissenschaftler des IFW am PZH beschreiten jetzt neue Wege bei der Implantattechnik. In einem Forschungsprojekt zur Biomedizintechnik entwickeln sie Herstellungsverfahren für Kniegelenke aus Keramik. Die so gewonnenen Erkenntnisse lassen sich auf Gelenke aller Art übertragen. „Keramik ist ein äußerst verschleißfester und körperverträglicher Werkstoff. Wir schätzen, dass Gelenke, die komplett aus Keramik bestehen, mindestens zehn Jahre länger als die bisherigen Prothesen halten werden. Dementsprechend wird auch ein chirurgischer Eingriff erst später nötig,“ sagt Prof. Dr. Berend Denkena, Direktor des IFW. Das verspricht längere Beschwerdefreiheit für die Patienten und starke Entlastungen für das Gesundheitssystem: Allein 60.000 bis 70.000 Kniegelenke werden in Deutschland – meistens aufgrund von Arthrose – jährlich eingesetzt.

Bei allen Vorzügen hat Keramik allerdings den Nachteil, spröde und deshalb schwierig formbar zu sein. Deshalb hat man diesen Werkstoff bis jetzt vor allem für Hüftgelenke mit ihrer einfachen Kugelgestalt eingesetzt. Die Geometrie von Kniegelenken ist jedoch bedeutend komplizierter. Die Ingenieure des IFW entwickeln zurzeit eine Bearbeitungstechnologie, die den hohen Anforderungen gerecht wird. Da sie vollautomatisch arbeitet, spart sie die zeitraubende und kostenintensive Handarbeit ein, die bei der Herstellung von Prothesen bislang oft üblich ist. Die individuellen Formen der Kniegelenke werden durch ein computergesteuertes Verfahren erzeugt: Zunächst bekommen die Keramik-Rohlinge in einem Schleifprozess ihre grobe Form, danach sorgt ein Poliervorgang für absolute Passgenauigkeit und eine makellos glatte Oberfläche. Dieses Bearbeitungsverfahren ist so flexibel, dass sich damit auch andere komplexe Keramik-Gelenke herstellen lassen.

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