Gezieltes An- bzw. Aufschmelzen von Knochenzement durch lokale Beheizung zur gewebeschonenden Explantation von Knieprothesen

• Antragsteller: Dr.-Ing. Sven Hübner; Professor Dr.-Ing. Hans Jürgen Maier; Professor Dr. Henning Windhagen
• Fachliche Zuordnung: Biomaterialien ; Medizinische Physik, Biomedizinische Technik ; Orthopädie, Unfallchirurgie, rekonstruktive Chirurgie ; Ur- und Umformtechnik, Additive Fertigungsverfahren
• Förderung: Förderung seit 2025
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 566031639

Das Ziel des Projekts ist die Erarbeitung eines grundlegenden Verständnisses der Vorgänge an der Metall/PMMA-Grenzfläche, um später eine zuverlässiges Routine zur gewebeschonenden Explantation von zementierten Knie-Prothesen im Rahmen der Revisions-OP entwickeln zu können. Hierbei soll möglichst viel vom Knochen erhalten werden, indem ein neuartiges Verfahren zum gezielten An- bzw. Aufschmelzen von Knochenzement durch eine lokale Beheizung der Prothese untersucht werden soll. Durch die niedrige Wärmeleitfähigkeit des Knochenzements kommt es zum Aufschmelzen und Haftverlust in der Grenzfläche, so dass nur unkritisch wenig Wärmeenergie an das menschliche Gewebe weitergegeben wird. Die Machbarkeit wurde durch Vorversuche an einem einfachen Surrogatmodell gezeigt. Für eine intensivere Lösung des Verbundes von Implantat und Knochenzement soll während der Erwärmung zusätzlich eine zyklische Zugschwellspannung auf das Implantat aufgebracht werden. Diese soll an der Grenzfläche von Implantat und Knochenzement wirken und dort das Risswachstum begünstigen, wodurch die Auszugskräfte zusätzlich abgesenkt werden sollen. Zunächst werden grundlegende Untersuchungen zum Werkstoff- und Explantationsverhalten an Kunstknochen durchgeführt. Hierzu werden geeignete Temperatur-Zeit-Regime erarbeitet, mit denen es möglich sein wird, unterschiedliche Gegebenheiten wie Raumtemperatur und Kühlung durch Spülen abzubilden. Anschließend erfolgt eine Anpassung auf Realknochen des Menschen. Hier gilt es zusätzlich zu erforschen, welches Temperatur-Zeit-Profil Knochengewebe schädigungsfrei erträgt und wie hoch der reale Materialverlust sein wird.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen