TU Darmstadt: Neue Prüfkammer zur Untersuchung künstlicher Knochen

Künstliche Hüften und andere Knochenimplantate haben schon viele Patienten von Schmerzen befreit. Manche aber leiden unter Komplikationen, etwa wenn das Ersatzteil nicht richtig einwächst. „Was nach der Implantation genau im Körper passiert, ist noch unklar“, sagt die Materialwissenschaftlerin Anne Martin vom Institut für Werkstoffkunde am Fachbereich Maschinenbau der TU Darmstadt. Sie und ihre Kollegen haben zusammen mit der Gruppe Zellbiologie und Epigenetik (Fachbereich Biologie) von Professorin Cristina Cardoso eine handliche Prüfkammer entwickelt. Sie simuliert den Zeitraum kurz nach der Operation, in dem körpereigene Zellen das Ersatzteil besiedeln. Das ist entscheidend für die Heilung. „Die Oberfläche der Implantate spielt dabei eine Schlüsselrolle“, betont Martin. Nur bei einer bestimmten Rauheit fühlen sich die Zellen wohl. Titanimplantate werden daher standardmäßig sandgestrahlt. Implantate aus Kunststoffen hingegen sind meist glatt. Auch mit Titan beschichtete Kunststoff-Implantate gibt es bereits.
Doch welches Ersatzmaterial ist für einen Patienten das beste? Die Antwort soll die neue Prüfkammer namens SuBiTU (Surface Biology Testing Unit) liefern. In ihr werden Materialproben vom Durchmesser einer Zwei-Euro-Münze mit lebenden Zellen und einer Nährlösung versetzt. Durch ein kleines Glasfenster im Deckel der Kammer lassen sich die Zellen mit einem Mikroskop beobachten.
„Mit SuBiTU möchten wir körperähnliche Vorgänge abbilden“, sagt Tom Engler, Leiter des Kompetenzbereichs Oberflächentechnik am Institut für Werkstofftechnik. So kann an die Kammer ein System angeschlossen werden, das die Zellen kontinuierlich mit einer Nährlösung versorgt. Zudem wachsen die Zellen in der Kammer nicht nur flächig wie in der Petrischale, sondern dank einer speziellen Technik dreidimensional wie im Körper. Die realitätsnahen Tests sollen die Zahl an Tierversuchen verringern.
Erste Experimente wurden schon durchgeführt, die Auswertung läuft noch. Es geht zunächst darum, den Einfluss der Rauheit der Oberfläche genauer zu verstehen. Weitere Modifizierungen sind denkbar. „Man könnte die Oberflächen so gestalten, dass sie Substanzen abgeben, die das Anhaften der Zellen fördern oder die entzündungshemmend wirken“, sagt Engler. Ideen gibt es reichlich – und jetzt auch ein Instrument, das deren Tauglichkeit untersucht.

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MI-Nr. 68/2019, Uta Neubauer/feu

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