12:36 25 November 2017
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    medizinische Implantaten aus bioverträglichen Metallen (Titan, Zirkon und Niobium)

    Russische Forscher erfinden Legierung mit Elastizität menschlicher Knochen

    © Foto: NUST MISIS
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    Russische Wissenschaftler von der Universität MISiS haben zusammen mit kanadischen Kollegen eine Legierung entwickelt, die dem Knochengewebe bei der Elastizität ähnlich ist. Der nur aus bioverträglichen Metallen (Titan, Zirkon und Niobium) geschaffene Stoff kann die Einsatzdauer von medizinischen Implantaten deutlich verlängern.

    Ein Artikel über diese Entwicklung wurde in der Zeitschrift „Materials Science and Engineering: A“ veröffentlicht.

    Das menschliche Knochengewebe war eine lange Zeit einmalig in seinen Eigenschaften – es ist gleichzeitig fest und elastisch, was jahrzehntelange Arbeit im menschlichen Körper bei ständigen zyklischen Belastungen ermöglicht. Doch manchmal werden Knochen so stark verletzt, dass sie ersetzt werden müssen.

    In den letzten Jahren war der verbreitetste Ersatzstoff für Implantate das Titan, das mit dem Gewebe des menschlichen Körpers verträglich ist. Doch diese Implantate haben einen Nachteil – sie sind nicht so flexibel wie Knochen. Das führt oft zur Verletzung des mechanisch-biologischen Gleichgewichts im Körper.

    Das Knochengewebe wird keiner größeren Belastung mehr ausgesetzt – sie wird von dem härteren Stoff des Implantats übernommen. Im Ergebnis sterben die Zellen des Gewebes ab, weil der Körper sie nicht mehr für notwendig hält. Deswegen verschwindet die Verbindung zwischen dem Implantat und dem Knochen, das Implantat kommt ins Pendeln und muss selbst ersetzt werden.

    Wie auch die Titan-Legierung ist die Legierung Titan-Zirkon-Niobium resistent gegen aggressive Wirkungen wie der menschliche Organismus. Wegen einer gleichen Elastizität mit dem Knochen werden die aus dieser Legierung gefertigten Implantate viel langlebiger.

    „Unsere internationale Wissenschaftsgruppe entwickelt jetzt zusammen mit der Firma KONMET eine industrielle Technologie zum Anfertigen der Modelle – Stäbchen mit rundem Querschnitt für künftige Implantate“, sagte Wadim Scheremetjew von der MISiS-Universität.

    Um eine innere Struktur in den Produkten der Legierungen zu bilden, die die beste Kombination der Funktionseigenschaften ermöglichen wird, ist eine strikte Reihenfolge der Verfahren erforderlich, darunter verschiedene Typen der Bearbeitung der Modelle mit Druck unter hohen Temperaturen. Aus den erhaltenen Stäbchen sollen Säulen für Systeme zur transpedikulären Fixation der Wirbelsäule hergestellt werden.

    Solche Systeme werden an der Wirbelsäule befestigt, sie werden zur Behandlung von schwerer Skoliose verwendet.

    Die Säulen aus einer Titan-Zirkon-Niobium-Legierung werden unter den Bedingungen großer Deformationen während der Nutzung beständig sein, dank der unbedeutenden Härte wird das Risiko verringert, den Patienten zu traumatisieren, seine Lebensqualität werde sich verbessern, ergänzt Scheremetjew.

    Die neue ultrafeste Legierung kann auch in der personenbezogenen Medizin genutzt werden. Die Wissenschaftler haben es gelernt, sie in Form eines Pulvers von bestimmter Zusammensetzung zu bilden. Das machte diesen Stoff passend für additive Technologien. Dadurch kann man mithilfe von 3D-Druck daraus personenbezogene Metall-Implantate mit einer bestimmten Porosität anfertigen.  

    „Der Stoff hat einen niedrigen Youngscher Modul (30-50 Gigapascal), weshalb er besonders elastisch ist und die für das Knochengewebe notwendige Belastung nicht verhindert. Die Legierung hat eine hohe Korrosionsfestigkeit. Sie kann als Alternative für  ausländische Entwicklungen (Dynesis, PEEK) genutzt werden, die in der Medizin aktiv angewendet werden“, so der Traumatologie-Experte, Alexander Kuleschow.

    Die Technologien auf Grundlage des neuen Stoffs können als stabilisierende Funktionsmethode bei der Behandlung verschiedener degenerativer Erkrankungen und Deformationen des Rückgrats genutzt werden.

    Die neue Legierung habe große Aussichten in der Traumatologie, Orthopädie und Vertebrologie, sagte Kuleschow.

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    Tags:
    Medizin, Knochen, Entwicklung, Metall, Russland
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