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Hochleistungskunststoff Mit PEEK-Biomaterial die Lebensdauer von Gelenkprothesen verlängern

Redakteur: Julia Engelke

Das Spezialchemieunternehmen Evonik erforscht die Möglichkeiten, den in der Medizintechnologie bewährten Hochleistungskunststoff Vestakeep PEEK für komplexe Gelenkprothesensysteme einzusetzen. Dadurch könnte die Lebensdauer von Gelenkprothesen verlängert werden. Vorbild ist ein Vorhaben aus der Tiermedizin.

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Im Medical Device Competence Center in Birmingham verfolgt Evonik den Ansatz, die bereits am Markt etablierten Gelenkprothesensysteme der Humanmedizin auf Schwachstellen zu analysieren und eine Lösung mit dem PEEK Hochleistungskunststoff zu entwickeln.
Im Medical Device Competence Center in Birmingham verfolgt Evonik den Ansatz, die bereits am Markt etablierten Gelenkprothesensysteme der Humanmedizin auf Schwachstellen zu analysieren und eine Lösung mit dem PEEK Hochleistungskunststoff zu entwickeln.
(Bild: Evonik)

Evonik erforscht die Möglichkeiten, den in der Medizintechnologie bewährten Hochleistungskunststoff Vestakeep PEEK für komplexe Gelenkprothesensysteme einzusetzen. Das Spezialchemieunternehmen greift dabei auf die Expertise der Fachmediziner des Zentrums für Knie- und Hüftersatz des Massachusetts General Hospitals in Boston (USA) zurück. Sollte das Vorhaben gelingen, könnte die Lebensdauer von Gelenkprothesen auf Vestakeep Basis signifikant verlängert werden. In der Folge wären Revisionseingriffe oder jahrelange Schmerztherapien verzichtbar. Der erfolgreiche Einsatz PEEK-basierter Hüftprothesen in der Veterinärmedizin des Schweizer Unternehmens Kyon unterstützt den Innovationsansatz von Evonik.

PEEK als Materialkomponente in Gelenkprothesensystemen

Gelenke sind komplexe Bewegungsapparate, die wichtige anatomische Funktionen erfüllen und dabei stets starken Belastungen ausgesetzt sind. In seinem Medical Device Competence Center in Birmingham, im US-Bundesstaat Alabama, verfolgt Evonik die Idee, die bereits am Markt etablierten Gelenkprothesensysteme der Humanmedizin auf Schwachstellen zu analysieren und eine Lösung mit dem Hochleistungskunststoff PEEK zu entwickeln.

„Wir prüfen den Einsatz von Vestakeep in menschlichen Gelenkprothesen, um eine deutliche Verbesserung der Lebensqualität bei Patienten zu erzielen“, erklärt Marc Knebel, Leiter des Marktsegments Medical Systems bei Evonik. „So haben wir beispielsweise gelernt, PEEK als eine Materialkomponente in komplexen Gelenkprothesensystemen zu betrachten, die in die bestehenden Technologien nach einem Baukastenprinzip integriert werden kann.“

Lebensdauer von Gelenkprothesen um das Vierfache verlängern

Die heutigen Gelenkprothesensysteme überzeugen in puncto Verfügbarkeit und Zuverlässigkeit. Allerdings bilden Reibungspartner – sogenannte Inlays wie beispielsweise zwischen dem Kopf und der im Knochen verankerten Schale einer Hüftprothese - die primäre Schwachstelle heutiger Technologien. „Unser tribologisches PEEK-Biomaterial könnte in Zukunft den entscheidenden Unterschied ausmachen und die Lebensdauer einer Hüftprothese um das Vierfache verlängern“, sagt Knebel.

Wenn es soweit ist, könnten Millionen Patienten weltweit auf jahrelange schmerzlindernde Therapien verzichten. Diese sind oft notwendig, um ein bestimmtes Alter für den operativen Eingriff zu erreichen, damit die Wahrscheinlichkeit einer risikobehafteten Revision im fortgeschrittenen Alter reduziert werden kann.

„Das regulatorische Zulassungsverfahren in der Humanmedizin orientiert sich streng am Mehrwert für Patienten. Wir müssen diesen Mehrwert ausreichend nachweisen, um Partner für weitere Entwicklungsschritte zu gewinnen. Aus diesem Grund kooperieren wir mit dem Massachusetts General Hospital (MGH) in Boston, testen in dessen professionellen Laboren unser Material auf tribologische Eigenschaften und erhalten wertvolle Rückmeldungen, die uns einen Schritt weiterbringen“, so Knebel.

Prof. Orhun K. Muratoglu, Direktor des Harris Orthopaedics Laboratory und Direktor des Technology Implementation Research Center (TIRC) am Massachusetts General Hospital in Boston und Professor für orthopädische Chirurgie an der Harvard Medical School kommentiert: „Im Harris Orthopaedics Laboratory haben wir unsere hochmodernen In-vitro-Verschleiß-Testmaschinen verwendet, um die Leistung von PEEK-Formulierungen in medizinischer Qualität für orthopädische Gelenkersatzanwendungen wie Hüft- und Knieimplantate zu analysieren und haben festgestellt, dass das UHMWPE-PEEK-Paar eine ähnliche oder bessere Leistung als der Goldstandard, das UHMWPE-CoCr-Paar, aufweist.“

Innovationsszenario aus der Tiermedizin

Das PEEK-Biomaterial von Evonik wird bereits erfolgreich in der neuesten Generation von Hüftprothesensystemen für Haustiere wie Hunde und Katzen des Schweizer Unternehmens Kyon eingesetzt. Das Herzstück der Technologie ist ein Reibungspartner aus dem Vestakeep-PEEK-Biomaterial von Evonik mit einem zusätzlichen kohlefaserverstärkten PEEK-Ring zwischen dem keramischen Kopf und der Schale. Unveröffentlichte Daten deuten darauf hin, dass der lineare Verschleiß mit Keramik auf PEEK im Vergleich zu konventionellen Materialpaarungen um den Faktor sieben reduziert wird.

Circa 6.000 erfolgreich durchgeführte Hüftgelenkersatzeingriffe ohne eine einzige Revision aufgrund des Inlay-Verschleißes und genauso viele zufriedene Hunde sowie fünf Jahre sorgfältiger Dokumentation bestätigen den Erfolg des auf PEEK-basierten Hüftprothesensystems von Kyon. Die Kunststoffexperten von Evonik möchten die Materialexpertise und das Anwendungsverständnis aus der veterinären Anwendung mit potenziellen Medizinprodukteherstellern auf die Humanmedizin übertragen.

Weitere Artikel über OEM-Komponenten und Werkstoffe finden Sie in unserem Themenkanal Konstruktion.

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