Tribologie

Der künstliche Gelenkersatz durch Endoprothesen ist heute eines der am häufigsten durchgeführten Operationsverfahren in der orthopädischen Chirurgie. Die aseptische Prothesenlockerung ist das Hauptproblem dieses therapeutischen Verfahrens. Sie führt neben einem erheblichen Leidensdruck für den betroffenen Patienten in der Regel zu einer aufwendigen Prothesenwechseloperation mit langwieriger Rehabilitation und erzeugt erhebliche Kosten. Die bei Implantation einer Totalendoprothese verwendeten Materialien unterliegen dem Verschleiß. Es kommt zur Bildung und Ablagerung von Abriebpartikeln. Eine chronisch entzündliche Reaktion im periprothetischen Gewebe, die sich gegen entstandene Abriebpartikel der verwendeten Prothesenmaterialien richtet, wird als ein Hauptfaktor der aseptischen Prothesenlockerung angesehen.

 

  KnieSim

 

Durch die Verringerung des Verschleißes würde die Zahl an Prothesenlockerungen erheblich reduziert werden. Die Reduzierung des Verschleißes des künstlichen Gelenkersatzes ist daher einer der wissenschaftlichen Schwerpunkte des Labors. Ein Ansatz besteht darin, neue Materialien und Prothesendesigns zu entwickeln, welche den Verschleiß verringern. Zur Prüfung neuer Prothesenmaterialien oder Prothesenbeschichtungen stehen dem Labor Screening-Verfahren wie der Ring-on-Disc- und der Roll-Gleit-Prüfstand sowie ein Mehrstationenkniegelenksimulator zur Verfügung.

Roll Gleit Sim

 

Durch die reine Gleitbewegung bietet der Ring-on-Disc-Versuch die Möglichkeit, die Eignung von neuen Materialpaarungen für Hüftprothesen vorab zu untersuchen. Mittels des Roll-Gleit-Prüfstands werden Materialien für die Knieendoprothetik getestet; dabei bewegt sich, ähnlich wie im Kniegelenk, eine Walze in einer Roll-Gleit-Bewegung über eine Platte. Mit dem nach ISO-Standard akkreditierten Kniegelenksimulator können verschiedene Belastungszyklen wie Gehen, Laufen oder Treppensteigen simuliert werden. Dabei wirken sich nicht nur die verwendeten Materialien auf das Verschleißergebnis aus, sondern auch das Design der Prothese.

 

Partikel

 

Abriebpartikel verschiedener Materialien können in unterschiedliche entzündliche Reaktionen auslösen. Die Charakterisierung von Abriebpartikeln stellt daher einen Schwerpunkt des Labors dar. Es gelang unserer Arbeitsgruppe in den letzten Jahren eine computergestützte Abriebpartikelanalyse bis in den Nanometerebreich hinein mittels Rasterelektronenmikroskop zu etablieren. Nach der Partikelcharakterisierung kann die entzündliche Reaktion der einzelnen Materialien in einem vom Labor entwickelten und international anerkanntem in vivo Modell analysiert werden. Der künftige Schwerpunkt der Arbeitsgruppe liegt auf der Hemmung dieser entzündlichen Reaktion, die einen möglichen Therapieansatz zur Verhinderung der aseptischen Prothesenlockerung darstellt.

 
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