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Nr. 84, 10.10.2015  voriger  Übersicht  weiter  REIHEN  SUCHE 

Knochen-»Bau«-Schaum

Dr. Regina Scherließ und Phillip Arntz vom Pharmazeutischen Institut entwickeln ein innovatives Medizinprodukt, das Operationen am Knochen vereinfachen soll. Im Prinzip geht es um »Montageschaum« zum Füllen von Knochen­defekten.


Einfach drauf drücken und das Loch im (Kunst-)Knochen mit dem entstehenden Schaum füllen. Für Operationen am Knochen wäre die Neuentwicklung eine echte Erleichterung. Foto: pur.pur

Die Operateure von Knochenbrüchen, -infektionen und -implantaten hätten die Neuentwicklung aus der pharmazeutischen Technologie der Kieler Universität lieber heute als morgen zur Verfügung. Denn um zum Beispiel eine Schraube in einem osteoporotischen, spröden Knochen zu verankern oder großflächige Schäden am Knochen zu beheben, braucht es besondere Hilfsmittel. Derzeit behilft man sich bei Defekten in Knochen mit Calciumphosphatzement. Dieser wird während der Operation angerührt und in Löcher oder Lücken gespachtelt. Die Masse wird hart und im Zuge des Knochenauf- und -umbaus teilweise durch natürliches Material ersetzt.

Die Idee, Schäden im Knochen mit einem aufschäumbaren Material zu füllen, ähnlich einem Montageschaum aus dem Baumarkt, findet in der Fachwelt großen Zuspruch. Neben der einfacheren Anwendung hätte ein Schaum im Vergleich zur soliden Zementmasse noch einen weiteren Vorteil. »Gesunder Knochen hat eine eher poröse Struktur, ist durchwachsen von Zellen und wird durchblutet. Ein solches offenporiges System, in das Zellen und Blutgefäße einwachsen können, lässt sich mit einem Schaum ganz gut erreichen«, erklärt die Kieler Pharmazeutin Dr. Regina Scherließ. Zusammen mit Doktorand Phillip Arntz entwickelt sie das innovative System. Die Idee zum Knochenschaum und die mögliche Form der Umsetzung wurde in einem vorangegangenen Projekt entwickelt und zum Patent angemeldet.

»Wir sind in dem aktuellen Projekt damit beschäftigt, das System weiterzuentwickeln und so gut zu charakterisieren, dass daraus ein marktreifes Produkt werden kann«, berichtet die habilitierte Wissenschaftlerin. Zum Einsatz kommen hierbei nur biokompatible Materialien, die vom Körper nach und nach abgebaut und durch körpereigenes Material ersetzt werden können. Gefördert werden die Arbeiten von der WTSH Wirtschaftsförderung und Technologietransfer Schleswig- Holstein GmbH und der Stryker GmbH, einem Hersteller orthopädischer und medizintechnischer Produkte.

Zurzeit arbeitet das Team mit einem Zwei-Komponenten-System, bestehend aus einer schäumenden Komponente und der mineralischen Komponente. Letzeres ist die chemische Vorstufe von Hydroxylapatit, dem Baustoff der Knochen. Durch Kontakt mit Wasser härtet das Material zu Hydroxylapatit aus. Beide Komponenten liegen getrennt voneinander in Druckbehältern vor, wie man sie von einem Asthmaspray kennt. »Wenn man darauf drückt, werden beide Druckgaspackungen ausgelöst, die beiden Komponenten werden in der Applikatorspitze gemischt und die Mischung kann direkt dorthin gesprüht werden, wo der Knochen gefüllt werden soll«, verdeutlicht Phillip Arntz.

Das funktioniert im Prinzip gut. Aber die Tücke liegt wie immer im Detail. »In den Anfängen des Projekts ist sehr viel Zeit investiert worden, einen wasserfreien Mahlprozess zu entwickeln und die feinen mineralischen Partikel so vorzubereiten, dass sie eine stabile Suspension ergeben, die wieder austreibbar ist und nicht die Düse verstopft oder verklumpt «, ergänzt Regina Scherließ, die derzeit die Abteilung Pharmazeutische Technologie kommissarisch leitet.

Außerdem musste sichergestellt werden, dass bei jedem Sprühstoß immer die gleiche Menge und die richtige Mischung an Schaum herauskommt. Und es musste geklärt werden, welches Mischungsverhältnis optimal ist, damit der Schaum hart wird. Härte allein ist aber nicht das Ziel, das Material soll auch eine gewisse Flexibiltät haben, da auch Knochen nicht völlig starr und spröde sind. Diese Flexibiltät soll durch Zusatz eines Polymers erreicht werden. Verwendet wird Polylactid, das im Körper zu Milchsäure abgebaut wird und bereits in der orthopädischen Chirurgie unter anderem als Material von Knochenschrauben verwendet wird.

Neben den mechanischen Eigenschaften ist außerdem die Porengröße des Schaums interessant. »Man möchte Poren von einer bestimmten Größe haben, damit zum Beispiel Zellen in das Material migrieren können, und um sicherzustellen, dass sich möglichst schnell Gefäße bilden. Wie groß die Poren dafür ungefähr sein müssen, ist aus Forschungen bekannt«, sagt Arntz. Die Porengröße werde durch verschiedene Faktoren der Formulierung beeinflusst. Angedacht ist auch, zusätzlich einen Wirkstoff einzubringen. »Bei einer offenen Knochenhöhle, die in der Operation freigelegt worden ist, besteht immer die Gefahr, dass sich dort eine Infektion entwickelt. Es ist daher naheliegend, dort ein Antibiotikum mit einzubringen, um das Keimwachstum zurückzudrängen«, erläutert Regina Scherließ.

Die Projektförderung läuft noch bis März 2016. »Es wird dann noch kein marktfertiges Produkt auf dem Tisch stehen, aber sehr wesentliche Schritte auf dem Weg dahin werden wir abgearbeitet haben.«

Kerstin Nees

Regina Scherließ hat die Grundlage des Füllschaums in der Hand: extrem fein vermahlene mineralische Partikel. Foto: pur.pur

Bestnoten für die Kieler Pharmazie
Beim Studium der Pharmazie hat die Universität Kiel seit Jahren einen hervorragenden Ruf. Auch beim aktuellen Ranking 2015/16 des Centrums für Hochschulentwicklung (CHE) erreicht die CAU, wie in den vorangegangen Jahren, eine Spitzenposition. Bewertungskriterien waren die Studiensituation insgesamt, die Betreuung durch Lehrende, Abschlüsse in angemessener Zeit und Veröffentlichungen pro Wissenschaftler. Nur drei andere deutsche Universitäten erreichen eine ähnlich gute Bewertung wie Kiel: Frankfurt a. M., Heidelberg und Würzburg. (ne)
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