Mikroskalige geometrisch und metallurgisch adaptierte Oberflächenstrukturen von Implantaten zur gezielten Stimulation der osteogenen Differenzierung

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Horst Fischer; Professor Dr.-Ing. Uwe Reisgen
• Fachliche Zuordnung: Herstellung und Eigenschaften von Funktionsmaterialien ; Biomaterialien ; Produktionsautomatisierung und Montagetechnik
• Förderung: Förderung von 2017 bis 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 341161542

Seit Langem werden metallische Implantate für orthopädische Anwendungen eingesetzt. Bisherige Verbesserung des Knocheneinwachsverhalten durch oberflächenverändernde Prozesse wie beispielsweise Sandstrahlen oder Ätzen, konnten bisher nur in empirischen Studien erreicht werden. Welche Oberflächenchemie und -struktur die initiale Zell-Implantat-Reaktion begünstigen, ist jedoch immer noch nicht vollkommen verstanden. Ziel dieses interdisziplinär angelegten Forschungsvorhabens ist es daher, die genauen Wirkmechanismen der zellulären Reaktion auf definiert mit dem Elektronenstrahl mikrostrukturierten und mittels Zusatzwerkstoff auf- bzw. ablegierten (metallurgisch veränderten) Oberflächen systematisch zu erforschen. Von besonderem Interesse ist das ortsselektive Zulegieren von Reintitan auf Ti6Al4V-Substraten. Dabei soll die Reaktion der knochenbildenden Zellen auf den Mikrostrukturen in vitro qualitativ und quantitativ ergründet werden und der Zusammenhang mit der Art der Mikrostrukturierung und Legierung nachgewiesen werden. Zu erforschen ist, wie der technisch bekannte Strukturierprozess SurfiSculpt - um die gleichzeitige Veränderbarkeit der chemischen Zusammensetzung der Oberfläche erweitert - in die mikroskalige Dimension überführt werden kann. Insbesondere soll die lokale Legierungszusammensetzung der mikrostrukturierten Oberfläche untersucht werden, um letztlich deren Einfluss auf die Zellantwort steuern und damit insbesondere das Differenzierungsverhalten von humanen mesenchymalen Stammzellen zu knochenbildenden Zellen gezielt beeinflussen zu können. Forschungsergebnisse werden neue Erkenntnisse zur zellulären Reaktion auf metallischen Oberflächen und der Nachweis der positiven Wirkung der geometrischen und metallurgischen Oberflächenmodifikation an Implantaten sein.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen