Bioaktiver PMMA-Knochenzement

Hintergrund

PMMA-basierter Knochenzement ist seit über 50 Jahren in seiner Zusammensetzung praktisch unverändert im klinischen Einsatz und wird vor allem in der Orthopädie zur Befestigung von Gelenkendoprothesen routinemäßig eingesetzt.
Daneben gibt es eine Reihe von weiteren Einsatzgebieten zur Auffüllung und Rekonstruktion von Knochendefekten und in den letzten Jahren wird PMMA-basierter Knochenzement zunehmend zur minimal invasiven Stabilisierung osteoporotischer Frakturen v. a. in der Wirbelsäule (Vertebroplastie) verwendet. Er gehört zu den Biomaterialien, die am häufigsten im direkten Knochenkontakt implantiert werden.

Ein wesentlicher Nachteil von PMMA-Knochenzementen ist deren mangelnde Bioaktivität bzw. die fehlende Osteokonduktivität. Dies hat zur Folge, dass das Material nicht direkt und aktiv vom Körper knöchern integriert wird, sondern in der Regel von einer Bindegewebsschicht eingekapselt wird. Eine gute Befestigung von und mit Knochenzement kann daher nur im spongiösen Knochen bei ausreichender Verzahnung zwischen Zement und Spongiosa erreicht werden.

Bioaktiver PMMA-Knochenzement

Wir entwickeln bioaktive PMMA-Knochenzemente, die eine nachweislich verbesserte Knochenanlagerung (bone affinity index) im Vergleich zu nicht modifizierten PMMA-Knochenzementen zeigen. Durch die Bioaktivierung werden andere Zementeigenschaften wie z.B. die mechanischen Kennwerte (Druck- und Biegefestigkeit), das Abbindeverhalten der Zemente (Knetzeit, Polymerisationszeit, Temperaturentwicklung) und die Monomerfreisetzung nicht nachteilig verändert. Des Weiteren ist das entwickelte Verfahren zur Bioaktivierung auf eine ganze Reihe von verschiedenen Basiszementen übertragbar.

Abbildungen

REM-Aufnahmen der Oberfläche eines nicht modifizierter PMMA-Knochenzements (oben)
sowie eines bioaktivierten PMMA-Knochenzements (unten) (Skala jeweils 4 µm).

Publikation

Ein Teil der Ergebnisse wurde im September 2010 veröffentlicht:
Mechanical properties and drug release behavior of bioactivated PMMA cements.
Vorndran E, Spohn N, Nies B, Rößler S, Storch S, Gbureck U
J Biomater Appl 2010 Sep 6 online first

Dieses Projekt wurde durch das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF, Förderkennzeichen: 01EZ0609) gefördert.