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Biomaterialien in der Orthopädie

Biomaterials in orthopedics

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Der Orthopäde Aims and scope Submit manuscript

Zusammenfassung

Biomaterialien sind künstliche oder natürliche Materialien, die für verschiedenste Bedürfnisse in lebende Organismen eingesetzt werden. Derzeit gibt es praktisch für alle Gewebe Biomaterialien. Insbesondere der Bereich der regenerativen Orthopädie hat in den letzten Jahren zu einem deutlichen Anstieg der Implantate geführt. Biomaterialien können sowohl temporäre als auch permanente Aufgaben erfüllen. Idealerweise werden Materialien, die eine temporäre Aufgabe besitzen, nach dem Funktionsverlust komplett resorbiert, und solche mit permanenter Aufgabe verbleiben stabil im Körper. Diese optimalen Eigenschaften besitzen viele Biomaterialien derzeit nicht. Solche mit temporären Aufgaben verbleiben häufig verändert im Organismus oder induzieren nur eine unvollständige Regeneration und solche mit permanenten Aufgaben unterliegen biologischen Veränderungen, durch die die Funktion reduziert wird. Trotz der enormen Menge an Biomaterialien muss immer überlegt werden, ob ein therapeutisches Ziel nicht implantatfrei erreicht werden kann.

Abstract

Biomaterials are artificial or natural materials, which are used in living organisms for a wide variety of reasons. Currently, there are biomaterials available for practically all types of tissue and can fulfill temporary and permanent functions. Ideally, materials used for temporary roles should be completely resorbed after the fulfilling the function and those with a permanent role should remain stable within the body. Many of the currently available biomaterials do not possess these optimal features. Those with temporary roles often remain unchanged within the organism or only induce an incomplete regeneration and those with permanent roles suffer biological alterations which reduce the function. Despite the enormous number of biomaterials, it must always be considered whether the therapeutic target can be achieved without using an implant.

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Author information

Authors and Affiliations

  1. Hessing Stiftung Augsburg, Augsburg, Deutschland

    S. Vogt & F. Blanke

  2. Klinikum rechts der Isar München, München, Deutschland

    S. Vogt

  3. Orthopädische Universitätsklinik Rostock, Rostock, Deutschland

    T. Tischer

Authors
  1. S. Vogt
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  2. T. Tischer
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  3. F. Blanke
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Corresponding author

Correspondence to S. Vogt.

Ethics declarations

Interessenkonflikt

S. Vogt, T. Tischer und F. Blanke geben an, dass kein Interessenkonflikt besteht.

Dieser Beitrag beinhaltet keine Studien an Menschen oder Tieren.

Additional information

Redaktion

C. Chiari, Wien

H. Gollwitzer, München

R. Gradinger, München

J. Grifka, Bad Abbach

A. Meurer, Friedrichsheim

CME-Fragebogen

CME-Fragebogen

Was sind Biomaterialien?

Materialien, die dadurch gekennzeichnet sind, dass sie nach strengen Auflagen rein biologisch hergestellt werden

Biomaterialien sind dadurch definiert, dass sie in der Natur vorkommen.

Materialien, die natürlich oder künstlich hergestellt werden und ein Zertifikat eines Bioverbandes besitzen

Materialien, die natürlich oder künstlich hergestellt werden und in lebende Organismen eingesetzt werden

Das Kennzeichen von Biomaterialien ist, dass sie unverändert im Körper verbleiben.

Welche Eigenschaften haben Knochenanker?

Sie werden im Knochen fixiert und sollen Weichgewebe mit dem Knochen verbinden.

Sie bestehen aus einem Metallanker, der mit biologisch hergestellten degradierbaren Fäden verbunden ist.

Polyetheretherketon (PEEK) ist kein geeignetes Material zur Herstellung, da es keine Resistenz gegenüber Scher- und Zugkräften besitzt.

Knochenanker haben eine permanente Funktion, sind also nicht degradierbar.

Knochenanker verankern durch ihre spezielle Konstruktion Weichteilgewebe am Knochen und benötigen daher kein Fadenmaterial.

Was trifft für die moderne Knorpeltherapie zu?

Die Therapie der Wahl für kleine Knorpelschäden ist die ACT.

Das AMIC-Verfahren ist letztendlich eine ACT mit Einbeziehen einer Kollagenmembran.

Die Mikrofrakturierung benötigt ein Biomaterial, um mittelfristig einen Erfolg zu erzielen.

Fibrin kann als Biomaterial im Rahmen der ACT Verwendung finden und dann die Membranen zum Umgebungsknorpel abdichten.

Chitosan wird in Kombination mit Kollagenmembranen in der Knorpeltherapie verwendet.

Was trifft im Rahmen des Kreuzbandersatzes zu?

Heutzutage werden vor allem künstliche Bänder verwendet.

Gore-Tex wird 2 Jahre nach Implantation durch eigenes Körpergewebe ersetzt.

Ein neues Verfahren zur Reparatur des Kreuzbandes nutzt ein Federsystem.

Kunstbänder haben praktisch nie zu einer Synovialitis geführt.

Autologe Sehnen sind nicht das Primärimplantat.

Welche Vorteile hat Knochenersatzmaterial wie Tricalciumphosphat?

Es kann zur Füllung von Knochendefekten genutzt werden, ohne eine Entnahmemorbidität herbeizuführen.

Es hat die gleiche biologische Wertigkeit wie autologer Knochen.

Gegenüber den heutigen besseren Biomaterialien hat Tricalciumphosphat keine Vorteile mehr.

Tricalciumphosphat besitzt eine hohe Osteoinduktivität.

Es können mit Tricalciumphosphat auch größte Knochenschäden gedeckt werden.

Die Prävalenz von Sehnenverletzungen …

hat in den letzten Jahren deutlich zugenommen.

hat in den letzten Jahren aufgrund guter Prävention abgenommen.

ist seit vielen Jahren konstant.

ist eine Folge des zunehmenden Einsatzes von Wachstumsfaktoren im Sport.

kann durch den Einsatz von Biomaterialien gesenkt werden.

Der Meniskus im Erwachsenenkniegelenk …

hat nur eine untergeordnete biomechanische Funktion.

spielt für die Entstehung einer Gonarthrose nur eine untergeordnete Rolle.

kann mit einem Biomaterial aus Kollagengerüsten ersetzt werden.

kann mit einem biologischen Meniskusersatz aus Polyurethan, das eine hohe Druckresistenz besitzt, ersetzt werden.

kann mit etablierten Langzeitergebnissen durch einen künstlichen Meniskus ersetzt werden.

Was ist wichtig für den künstlichen Meniskusersatz?

Actifit hat einen nachgewiesenen chondroprotektiven Effekt.

CMI hat einen nachgewiesenen chondroprotektiven Effekt.

Die Meniskusersatzmaterialien sollten sich mit körpereigenen Zellen besiedeln.

Biomaterialien zum Meniskusersatz benötigen geringe biomechanische Anforderungen.

Die Druckresistenz braucht nicht hoch zu sein, da nur 10 % der Kräfte im Knie über den Meniskus übertragen werden.

Für knöcherne Allografts gilt …

dass sie nicht dem Arzneimittelgesetz unterliegen.

dass sie nur für kleine Knochendefekte eingesetzt werden können.

dass sie meist Verwendung in der Revisionsbandchirurgie finden.

dass sie nach der Entnahme thermisch desinfiziert werden.

dass sie nur im Ausland erworben werden können.

Welche Aufgaben haben Biomaterialien?

Dauernder Ersatz einer Körperfunktion/eines Gewebes/eines Gelenkes

Temporärer Ersatz einer Körperfunktion/eines Gewebes

Ersatz eines Gewebes

Bildung von Knorpelzellen nach Implantation in einen Knorpeldefekt

Kostengünstige Unterstützung der Regeneration von Geweben

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Vogt, S., Tischer, T. & Blanke, F. Biomaterialien in der Orthopädie. Orthopäde 44, 649–660 (2015). https://doi.org/10.1007/s00132-015-3147-3

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