Innovent: Beschichtete Metallimplantate auf Basis Plasmachemischer Oxidation (PCO)

Biologisch abbaubare Magnesiumlegierungen gewinnen zunehmend an Aufmerksamkeit aufgrund ihrer vorteilhaften Eigenschaften, wie der Vermeidung einer Implantatentfernung nach der Einheilphase und sie verfügen über geeignete mechanische Eigenschaften im Vergleich zu herkömmlichen biologisch abbaubaren Polymeren. Ihre schnelle Degradation und Korrosionsrate sind der derzeitige limitierende Faktor für ihre Verwendung. Das internationale Forschungsprojekt „CoatDegraBac“ zielte darauf ab, das Versagen von Implantaten aus biologisch abbaubaren Mg-Legierungen und nicht biologisch abbaubaren Legierungen auf Ti-Basis durch speziell entwickelte antibakterielle und bioaktive Beschichtungen erheblich zu verringern. Für die durchzuführenden umfangreichen Untersuchungen wurden die bei Innovent e. V. entwickelten Beschichtungen auf Basis der Plasmachemischen Oxidation (PCO) sowohl für Magnesium als auch für Titanlegierungen dem Projektkonsortium zur Verfügung gestellt. Hierfür wurden sowohl CaP-haltige als auch solche mit Zn und Ga dotierte Beschichtungen entwickelt und bereitgestellt.

In einer ersten zusammenfassenden Publikation zu beschichteten Magnesiumimplantaten wird berichtet über die Kontrolle der Abbaugeschwindigkeit von MgCa-Legierungen, die mit dem Verfahren der plasmachemischen Oxidation (PCO) mit einer CaP- haltigen Beschichtung oberflächenmodifiziert sind (entweder dotiert oder undotiert mit Zn und Ga) und in einem Schädelimplantationsmodell für Schafe untersucht wurden. Im Ergebnis der in vivo- und in vitro-Versuche konnte nachgewiesen werden, dass derartige Beschichtungen die Knochenbindungsfähigkeit der Implantatoberflächen verbessern und so die Osseointegration beschleunigen, lokale Entzündungen reduzieren und langfristig die antibakteriellen Eigenschaften gewährleisten, den Gewichtsverlust bei Mg- Legierungen 4 Wochen nach der Operation deutlich verringern können, unbeschichtete MgCa- Legierungen hatten einen Gewichtsverlust von 50% und Zn- und Ga- dotierte Beschichtungen hatten einen Gewichtsverlust von < 10%. Die Resultate zeigten auch, dass die mit Zn-haltigem CaP modifizierte Oberfläche der MgCa-Implantate zu einer verstärkten Knochenneubildung und Neovaskularisation innerhalb des Defekts 4 Wochen nach der Implantation führten. Daher wurde eine wirksame Strategie in einem in vivo-Großtiermodell validiert, ein wichtiger Schritt in Richtung des klinischen Einsatzes von Mg-Legierungen als biologisch abbaubare Implantate.