SFB 599:  Zukunftsfähige bioresorbierbare und permanente Implantate aus metallischen und keramischen Werkstoffen

• Fachliche Zuordnung: Medizin ; Materialwissenschaft und Werkstofftechnik
• Förderung: Förderung von 2003 bis 2014
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 5485789

• Erstellungsjahr: 2017

Zusammenfassung der Projektergebnisse

Der Sonderforschungsbereich 599 war ein transdisziplinärer Forschungsverbund der Medizinischen Hochschule Hannover, der Leibniz Universität Hannover, der Tierärztlichen Hochschule Hannover, des Laser Zentrums Hannover e.V., der Technischen Universität Braunschweig sowie des Helmholtz-Zentrums für Infektionsforschung in Braunschweig. In den Jahren 2003 bis 2014 widmete sich der SFB 599 der Grundlagenforschung für zukunftsfähige medizinische Implantate aus metallischen und keramischen Werkstoffen für verschiedene klinische Einsatzgebiete, wie der Hals-Nasen-Ohrenheilkunde, der Orthopädie, der Unfall- und Herzchirurgie sowie der Zahnprothetik. Dabei wurde eine Vielzahl von wissenschaftlichen Fragestellungen rund um die Entwicklungskette von medizinischen Implantaten erforscht: Funktionelles Design, Werkstoffe, Fertigungsprozesse, Simulation und Testung (in vitro und in vivo). Ein wichtiges Ziel war dabei die Verbesserung der Biokompatibilität, Biofunktionalität und Biointegration von Implantaten. Bei den Dauerimplantaten lag der Fokus auf der Verbesserung der Schnittstelle Implantatoberfläche – Zielgewebe. Dabei wurden eine Vielzahl von Oberflächenfunktionalisierungen physikalischer, chemischer, biochemischer und zelullärer Art entwickelt mit dem Ziel, die Traumareaktion (Fibrosebildung) zu reduzieren, postoperative Infektionen zu verhindern (ggf. effektiv lokal bekämpfen), die Einheilung in das Zielgewebe zu stimulieren und die Bildung schädlicher Biofilme zu vermeiden. Ferner wurden resorbierbare Implantate aus Magnesiumlegierungen für Anwendungen erforscht, bei denen das Implantat seine Funktion nur für einen begrenzten Zeitraum zu erfüllen hat, bis sich der Körper regeneriert hat (z.B. Behandlung von Knochenbrüchen). Wesentliches Merkmal des SFB 599 war die transdisziplinäre Interaktion zwischen Naturwissenschaften, Materialwissenschaften, Fertigungstechnik, Zellbiologie, Humanmedizin und Tiermedizin, die sich in der thematischen Vielfalt der beteiligten Universitäten und Institute widerspiegelt. Auf diese Weise wurde die gesamte Prozess- und Innovationskette von der Grundlagenforschung bis hin zu Transferprojekten durch die Partnerinstitute abgebildet. Der Sonderforschungsbereich 599 hat am Standort Hannover eine enorme strukturelle Wirkung entfaltet, die zu einer intensiven Vernetzung der drei Hochschulen in Hannover und anderer regionaler Forschungseinrichtungen geführt hat.

Projektbezogene Publikationen (Auswahl)

• Synthesis and Characterization of Biocompatible Polymer Interlayers on Titanium Implant Materials, Biomacromolecules 7, 2552 -2559 (2006)
  N. Adden, L. J. Gamble, D. G. Castner, A. Hoffmann, G. Gross, H. Menzel
  (Siehe online unter https://dx.doi.org/10.1021/bm060473j)
• (2009): “Numerical investigations on the strain-adaptive bone remodelling in the periprosthetic femur: influence of the boundary conditions” Biomedical Engineering online 8, S. 7
  Behrens, B.-A.; Nolte, I.; Wefstaedt, P.; Stukenborg-Colsman, C.; Bouguecha, A.
  
• System for the determination of molecules altering the function of interferon, method therefore and compounds altering interferon activity. EP2138185 A1. Anmeldung, Veröffentlichungsdatum 30.12.2009
  Pulverer J, Köster M, Sasse, F, Hauser H
  
• (2010) Electromagnetic induction heating of an orthopaedic nickel-titanium shape memory device. J Orthop Res 28:1671-6
  Müller CW, Pfeifer R, El-Kashef T, Hurschler C, Herzog D, Oszwald M, Haasper C, Krettek C, Gösling T
  
• Ductile and brittle material removal mechanisms in natural nacre—A model for novel implant materials, Journal of Materials Processing Technology 210 (2010) 1827-1837
  B. Denkena, J. Koehler, A. Moral
  (Siehe online unter https://dx.doi.org/10.1016/j.j matprotec.2010.06.014)
• Mesenchymal Stem Cell-Dependent Formation of Heterotopic Tendon-Bone Insertions (Osteotendinous Junctions). Stem Cells. 28, 1590-1601 (2010)
  S. Shahab-Osterloh, F. Witte, A. Hoffmann, A. Winkel, S. Laggies, B. Neumann, V. Seiffart, W. Lindenmaier, A.D. Gruber, J. Ringe, T. Häupl, F. Thorey, E. Willbold, P. Corbeau, G. Gross
  
• (2011) A preliminary study of bending stiffness alteration in shape changing nitinol plates for fracture fixation. Annals of biomedical engineering 39:1546-54
  Ölender G, Pfeifer R, Müller CW, Gösling T, Barcikowski S, Hurschler C
  
• (2011) Determination of dynamically adapting anisotropic material properties of bone under cyclic loading. J Biomech 44:272-276
  Besdo S
  
• (2011) The use of an in vitro-cultured porcine nasal mucosa model for the biocompatibility assessment of biodegradable magnesium. ATLA 39(3):261-71
  Schumacher S, Stahl J, Bäumer W et al.
  
• Amino-modified silica surfaces efficiently immobilize bone morphogenetic protein 2 (BMP2) for medical purposes, Acta Biomater. 7 (2011) 1772-1779
  N. Ehlert, A. Hoffmann, T. Luessenhop, G. Gross, P.P. Mueller, M. Stieve, T. Lenarz, P. Behrens
  
• Coating of titanium implant materials with thin polymeric films for binding the signaling protein BMP2 Macromol. Biosci. 11, 234-244 (2011)
  C. Lorenz, A. Hoffmann, G. Gross, H. Windhagen, P. Dellinger, K. Möhwald, W. Dempwolf, H. Menzel
  (Siehe online unter https://dx.doi.org/10.1002/mabi.201000342)
• Mechanical Characterization of Nacre an as Ideal-Model for Innovative new Endoprothesis Materials Arch. Ortho. Trauma Surgery 131 (2), 191-196 (2011)
  B. I. Richter, C. Hurschler, S. Kellner, H. Menzel, P. Behrens, B. Denkena, S. Ostermeier
  (Siehe online unter https://dx.doi.org/10.1007/s00402-010-1118-z)
• Mesoporous Silica Coatings for Controlled Release of the Antibiotic Ciprofloxacin from Implants, J. Mater. Chem. 21 (2011) 752-760
  N. Ehlert, M. Badar, A. Christel, S.J. Lohmeier, T. Luessenhop, M. Stieve, T. Lenarz, P.P. Mueller, P. Behrens
  
• Supporting element for tissue implants, WO 2011/101142 A1. Anmeldung, Veröffentlichungsdatum 25.8.2011
  Bach F-W, Haverich A, Cebotari S, Biskup C, Schuster B
  
• (2012) Histological and molecular evaluation of iron as degradable medical implant material in a murine animal model. J Biomed Mater Res A 100(11):2881-9
  Mueller PP, Arnold S, Badar M et al.
  (Siehe online unter https://doi.org/10.1002/jbm.a.34223)
• (2012) Low temperature degradation of different zirconia ceramics for dental applications. Acta Biomater 8:1213-1220
  Kohorst P, Borchers L, Strempel J, Stiesch M, Hassel T, Bach Fr-W, Hübsch C
  (Siehe online unter https://doi.org/10.1016/j.actbio.2011.11.016)
• (2012): Characterization of MgNd2 alloy for potential applications in bioresorbable implantable devices, In: Acta Biomaterialia 8 (10), S. 3852-3864
  Seitz, J.-M.; Eifler, R.; Stahl, J.; Kietzmann, M.; Bach, Fr.-W.
  (Siehe online unter https://doi.org/10.1016/j.actbio.2012.05.024)
• (2012): “Bone remodeling after total hip arthroplasty with a short stemmed metaphyseal loading implant: Finite element analysis validated by a prospective DEXA investigation” J Orthop Res 30:1822-1829, 2012
  Lerch, M.; Kurtz, A.; Stukenborg-Colsman, C.; Nolte, I.; Weigel, N.; Bouguecha, A.; Behrens, B.-A.
  (Siehe online unter https://doi.org/10.1002/jor.22120)
• Fabrication and characterization of nacre like structures from a-Zirconium hydrogenphosphate hydrate and chitosan J. Colloid Interface Sci. 367 (1), 74-82 (2012)
  S. Waraich, B. Hering, Z. Burghard, J. Bill, P. Behrens, H. Menzel
  (Siehe online unter https://doi.org/10.1016/j.jcis.2011.10.042)
• (2013) A Roughness Model for the Machining of Bio-medical Ceramics by T oric Grinding Pins. CIRP J Manuf Sci Technol 6(1):22-33
  Denkena B, Köhler J, van der Meer M
  (Siehe online unter https://dx.doi.org/10.1016/j.cirpj.2012.07.002)
• (2013) Development, Simulation-Based Design and Metal Forming Production of Patient-Individual Hip Cups. In: Schuh G, Neugebauer R, Uhlmann E (Hrsg) Future Trends in Production Engineering. Springer Berlin Heidelberg, Berlin, Heidelberg, S 307-314
  Behrens B, Weigel N, Escobar SB, Stukenborg-Colsman C, Lerch M, Nolte I, Wefstaedt P, Bouguecha A
  
• (2013) Long term in vivo degradation behaviour and biocompatibility of the magnesium alloy ZEK100 for use as biodegradable bone implant. Acta Biomat 9:8548-8560
  Dziuba D, Meyer-Lindenberg A, Seitz JM, Waizy H, Angrisani N, Reifenrath J
  (Siehe online unter https://doi.org/10.1016/j.actbio.2012.08.028)
• (2013) Manufacturing conditioned roughness and wear of biomedical oxide ceramics for all-ceramic knee implants. Biomed Eng Online 12(84)
  Turger A, Köhler J, Denkena B, Correa TA, Becher C, Hurschler C
  (Siehe online unter https://doi.org/10.1186/1475-925X-12-84)
• (2013) Noninvasive induction implant heating: An approach for contactless altering of mechanical properties of shape memory implants. Med Eng Phys 35:54-62
  Pfeifer R, Hustedt M, Wesling V, Hurschler C, Olender G, Mach M, Gösling T, Müller CW
  (Siehe online unter https://doi.org/10.1016/j.medengphy.2012.03.010)
• (2013) The formation of an organic coat and the release of corrosion microparticles from metallic magnesium implants. Acta Biomater 9(7):7580-9
  Badar M, Lünsdorf H, Evertz F et al.
  (Siehe online unter https://doi.org/10.1016/j.actbio.2013.03.012)
• (2013), 'Evaluation of single-cell force spectroscopy and fluorescence microscopy to determine cell interactions with femtosecond-laser microstructured titanium surfaces', Journal of Biomedical Materials Research Part A 101A(4), 981-990
  Aliuos, P.; Fadeeva, E.; Badar, M.; Winkel, A.; Mueller, P. P.; Warnecke, A.; Chichkov, B.; Lenarz, T.; Reich, U. & Reuter, G.
  (Siehe online unter https://doi.org/10.1002/jbm.a.34401)
• (2013), 'Topography and Coating of Platinum Improve the Electrochemical Properties and Neuronal Guidance', ACS Applied Materials & Interfaces 5(3), 1070-1077
  Schlie-Wolter, S.; Deiwick, A.; Fadeeva, E.; Paasche, G.; Lenarz, T. & Chichkov, B. N.
  (Siehe online unter https://doi.org/10.1021/am3028487)
• Adaptations in muscle activity to induced, short-term hindlimb lameness in trotting dogs. PlosOne 8(11): e80987, 2013
  Fischer S, Nolte I, Schilling N
  (Siehe online unter https://doi.org/10.1371/journal.pone.0080987)
• Efficacy of nanoporous silica coatings on middle ear prostheses as a delivery system for antibiotics: An animal study in rabbits, Acta Biomater. 9 (2013) 4815-4825
  R. Lensing, A. Bleich, A. Smoczek, S. Glage, N. Ehlert, T. Luessenhop, P. Behrens, P.P. Müller, M. Kietzmann, M. Stieve
  (Siehe online unter https://doi.org/10.1016/j.actbio.2012.08.016)
• Light activated hearing aid device. US8545383 B2 Prioritätsdatum: 30.1.2009, Veröffentlichungsdatum 1.10.2013
  Wenzel G, Lim H, Lenarz T, Lubatschowski H:
  
• Mesoporous silica films as a novel biomaterial: applications in the middle ear, Chem. Soc. Rev. 42 (2013) 3847-3861
  N. Ehlert, P.P. Mueller, M. Stieve, T. Lenarz, P. Behrens
  (Siehe online unter https://doi.org/10.1039/c3cs35359a)
• The selective role of extracellular matrix components on cell adhesion, morphology, proliferation and communication in vitro. Exp. Cell Research 319: 1553-1561 (2013)
  S. Schlie-Wolter, A. Ngezahayo, B. Chichkov
  
• Verfahren zur Herstellung eines Elements aus einem Magnesiumwerkstoff und so herstellbares Element. EP20080866172 B1. Erteilung, Veröffentlichungsdatum 22.5.2013
  Bach F-W, Kucharski R, Bormann D
  
• (2014) Biodegradation of metallic magnesium elicits an inflammatory response in primary nasal epithelial cells. Acta Biomater 10(2):996-1004
  Schumacher S, Roth I, Stahl Jet al.
  (Siehe online unter https://doi.org/10.1016/j.actbio.2013.10.030)
• (2014) Biodegradation of metallic magnesium elicits an inflammatory response in primary nasal epithelial cells. Acta Biomater 10:996-1004
  Schumacher S, Roth I, Stahl J et al
  (Siehe online unter https://doi.org/10.1016/j.actbio.2013.10.030)
• (2014) Comparative in vitro study and biomechanical testing of two different magnesium alloys. J Biomat Appl 28(8):1264-1273
  Weizbauer A, Modrejewski C, Behrens S, Klein H, Helmecke P, Seitz JM, Windhagen H, Möhwald K, Reifenrath J, Waizy H
  (Siehe online unter https://doi.org/10.1177/0885328213506758)
• (2014), 'Impact of laser-structured biomaterial interfaces on guided cell responses', Interface Focus 4, 20130048
  Fadeeva, E.; Deiwick, A.; Chichkov, B. & Schlie-Wolter, S.
  (Siehe online unter https://doi.org/10.1098/rsfs.2013.0048)
• (2014): Geometric adaption of biodegradable magnesium alloy scaffolds to stabilise bio-logical myocardial grafts. Part I, Journal of Materials Science: Materials in Medicine (Springer Verlag), Volume 25, S. 909-916
  M. Bauer, T. Schilling, M. Weidling, D. Hartung, Ch. Biskup, P. Wriggers, F. Wacker, Fr. -W. Bach, A. Haverich, T. Hassel
  (Siehe online unter https://doi.org/10.1007/s10856-013-5100-5)
• (2014):”Production of patient-individual hip cups by sheet metal forming: Simulation-based planning and metal forming adapted design method“ AMR907, S.253-264
  Behrens, Bernd Arno; Betancur Escobar, Stefanie; Almohallami, Amer; Weigel, Nelly; Vucetic, Milan; Stukenborg-Colsmann, Christina; Lerch, Matthias; Nolte, Ingo; Lucas, Karin; Wefstaedt, Patrick; Bouguecha, Anas
  (Siehe online unter https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/AMR.907.253)
• 2014. In vivo degradation effects of alloy MgNd2 in contact with mucous tissue. J Biomed Mater Res Part A 2014
  Seitz, J.-M., Eifler, R., Weber, C., Lenarz, T.H., Maier, H.J., Durisin, M.
  (Siehe online unter https://doi.org/10.1002/jbm.a.35382)
• (2015) Degradation behaviour of LAE442-based plate-screw-systems in an in vitro bone model. Mat Sci Eng C 49:305-315
  Wolters L, Besdo S, Angrisani N, Wriggers P, Hering B, Seitz JM, Reifenrath J
  (Siehe online unter https://doi.org/10.1016/j.msec.2015.01.019)
• (2015) Protection of yttria-stabilized zirconia for dental applications by oxidic PVD coating. Acta Biomater 11:488-493
  Hübsch C, Dellinger P, Maier HJ, Stemme F, Bruns M, Stiesch M, Borchers L
  (Siehe online unter https://doi.org/10.1016/j.actbio.2014.09.042)
• (2015): Development of Magnesium Alloy Scaffolds to Support Biological Myocardial Grafts: A Finite Element Investigation, Lenarz, T.; Wriggers, P. (Hg.): Biomedical Technology, Publishing Lecture Notes in Applied and Computational Mechanics 74, Springer International Publishing, Switzerland, S. 81-100
  Weidling, M.; Besdo, S.; Schilling, T.; Bauer, M.; Hassel, T.; Bach, F.-W.; Maier, H. J.; Lamon, J.; Haverich, A.; Wriggers, P.
  (Siehe online unter https://dx.doi.org/10.1007/978-3-319-10981-7_6)
• Biocompatibility of MgF2-coated MgNd2 specimens in contact with mucosa of the nasal sinus - A long term study. Acta Biomater (2015)
  Weber, C.-M., Eifler, R., Seitz, J.-M., Maier, H. J., Reifenrath, J., Lenarz, T., Durisin, M.
  (Siehe online unter https://dx.doi.org/10.10167j.actbio.2015.03.003)
• Verfahren zur Herstellung eines Bauteils und Abutment. DE102014113177 B4. Erteilung, Veröffentlichungsdatum 7.4.2016
  Stiesch M, Borchers L, Hübsch C, Dellinger P, Möhwald K, Maier HJ