Entwicklung und Validierung einer in vitro-Kurzzeit-Prüfmethode zur Prädiktion des in vivo-Verhaltens von degradierbaren metallischen Implantatmaterialien

• Antragsteller: Professor Dr. Ralf Smeets; Professor Dr.-Ing. Frank Walther
• Fachliche Zuordnung: Biomaterialien ; Mechanische Eigenschaften von metallischen Werkstoffen und ihre mikrostrukturellen Ursachen
• Förderung: Förderung von 2017 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 394479422

Bioresorbierbare Magnesiumimplantate gelten in den chirurgisch orientierten Fächern der Medizin als vielversprechende Biomaterialien der Zukunft. Die geringe Korrosionsbeständigkeit von Magnesium erweist sich in diesem Anwendungsfall als Vorteil, da Implantatmaterialien so ausgelegt werden können, dass sie über eine definierte Zeit ihre Funktion erfüllen, sich letztendlich vollständig auflösen und somit eine weitere Operation zur Entfernung der Implantate entfällt.Auf der anderen Seite verhindert das schlecht vorhersagbare Korrosions- und Degradationsverhalten mit einhergehendem Funktionsverlust sowie die Freisetzung von Wasserstoffgas als Korrosionsprodukt eine breite klinische Applikation von Magnesium. In diesem Zusammenhang kann durch Keramisierung der Oberfläche mittels plasmaelektrolytischer Oxidation (PEO) der Degradationsvorgang einstellbar verlangsamt werden.Die in vitro-Prüfung zur Eignung von Magnesiumwerkstoffen als Biomaterialien stellt somit eine große Herausforderung dar, da das Verhalten unter Korrosionsermüdungsbelastung über langen Zeitraum hinweg vorhergesagt werden muss. Bisher verwendete Methoden zur Bestimmung des Korrosionsverhaltens sind uneinheitlich und wenig standardisiert. Viele in vitro- und in vivo-Studien betrachten dabei die Zyto- und Biokompatibilitätsbestimmung unabhängig voneinander. Neben einer validen in vitro-Prüfung sollte die Methodik um standardisierte Zytokompatibilitätsanalysen von Magnesiumprüfmustern erweitert werden, um eine Prädiktion des in vivo-Werkstoffverhaltens zuverlässig und ganzheitlich ermöglichen. Darüber hinaus bringen Auslagerungsversuche über einen langen Zeitraum in körperähnlichen Medien zudem die Gefahr bakterieller Kontamination mit sich.Insgesamt ist also von einem generell großen Bedarf auszugehen, Werkstoffe für den Einsatz als bioresorbierbare Implantate vorab qualifizieren zu können, ohne dabei auf Tierversuche zurückgreifen zu müssen. Wünschenswert wäre eine Kurzzeit-Korrosionsermüdungsprüfmethode, mittels derer zeitgerafft und in vitro das Materialverhalten im Körper abgeschätzt werden kann.In dem geplanten Vorhaben soll am Beispiel der vielversprechenden Magnesiumlegierung WE43 MEO eine solche Prüfmethode entwickelt werden. Darüber hinaus soll der Einfluss einer PEO-Beschichtung auf die Zyto- und Biokompatibilität sowie das Degradationsverhalten untersucht werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Mitverantwortlich: Dr. Ole Jung