Kunststoffverarbeitung

Osteokonduktives PEEK-Biomaterial für Spritzguss

Cage-Prototypen aus dem Spritzgussverfahren demonstrieren die Designvielfalt bei Kunststoffimplantaten
Cage-Prototypen aus dem Spritzgussverfahren demonstrieren die Designvielfalt bei Kunststoffimplantaten
© Evonik

Evonik und Samaplast erweitern Leistungsspektrum von Kunststoffimplantaten

Das Spezialchemieunternehmen Evonik und der Schweizer Kunststoffspezialist Samaplast verbinden ihre Expertise bei der Entwicklung eines osteokonduktiven* PEEK-Biomaterials für den Spritzguss. Im Rahmen der Zusammenarbeit zeigen und dokumentieren beide Partner die sehr gut Verarbeitungseigenschaften des neuen Hochleistungskunststoffs »Vestakeep Fusion« anhand erster Prototypen von Wirbelsäulenimplantaten. 

Biphasisches Kalziumphosphat beschleunigt Einheilung

Bisher war es nahezu ausgeschlossen, Implantate aus Compound-Kunststoffen mit bioaktiven Additiven im Spritzguss zu fertigen. Üblicherweise bilden solche Compounds eine dünne Polymerschicht an der Oberfläche, die die funktionelle Wirkung und folglich das Einwachsen des Implantats verhindert. Mit Vestakeep Fusion bleiben die funktionalen BCP-Additive (engl. biphasic calcium phosphate) laut Hersteller auch bei spritzgegossenen Komponenten an der Oberfläche verfügbar – dank speziell konfigurierter Mikropartikel und deren homogener Verteilung.

»Implantathersteller vermissten bis dato ein PEEK-Biomaterial, das sich mit Knochenzellen verbindet, um etwa die Heilung nach einer Wirbelsäulenoperation zu beschleunigen, und sich zudem vielseitig verarbeiten lässt«, sagt Marc Knebel, Leiter des Marktsegments Medical Systems bei Evonik. Mit dem neuen Werkstoff schließt des Unternehmen nun diese Lücke und bietet laut eigener Aussage ein Alternative zu Titan-, Edelstahl- oder Kobalt-Chrom-Implantaten an.

Cage-Prototyp demonstriert die Designvielfalt

Das neue PEEK-Biomaterial wurde mit Bedacht auf die Verarbeitung in unterschiedlichen Fertigungstechnologien entwickelt. Es lässt sich fräsen, formpressen, extrudieren – und sogar spritzgießen. Für letzteres optimierte Evonik das Compound in enger Zusammenarbeit mit der Samaplast AG. »Wir haben Vestakeep Fusion auf Spritzgussmaschinen im Reinraum getestet und dabei festgestellt, dass es sich sehr gut verarbeiten lässt«, sagt Samaplast-Geschäftsführer Stefan Okle.

Die vielseitigen Designmöglichkeiten demonstrieren die Partner an ersten Prototypen von Zwischenwirbelimplantaten, sogenannten Cages, die bei Bandscheibendegenerationen zur Versteifung der Wirbelsäule eingesetzt werden. »Wir haben einen Cage produziert, der alle Details wie Verzahnungen, Gewinde und Durchbrüche enthält, die für Wirbelsäulenimplantate von Belang sind«, so Okle weiter.

Dank der Designfreiheit beim Spritzgießen lassen sich spezifische Cage-Varianten herstellen – abgestimmt auf die anatomischen Gegebenheiten und unterschiedliche Operationstechniken wie PLIF, TLIF und ALIF. Die Cage-Modelle zeigen darüber hinaus die Gestaltungsvielfalt bei den Verzahnungen und bei den Hohlräumen für die Verknöcherung. Zudem erleichtert das Design die Instrumentenführung während der Operation und ermöglicht auch minimalinvasive, patientenschonende OP-Techniken.

Über 30 Prozent höhere Zell-Proliferation

Die osteokonduktiven Eigenschaften des neuen Polyetheretherketon (PEEK) wurden durch den Einsatz eines funktionellen Spezialadditivs – zweiphasigen Kalziumphosphats - erzeugt und sorgen für eine schnellere Anhaftung von Knochenzellen am eingesetzten Implantat. Auf diese Weise wird die grenzflächige Fusion, die sogenannte Osteointegration, zwischen dem Knochen und dem Implantat positiv beeinflusst. 

In-Vitro-Studien dokumentieren eine über 30 Prozent erhöhte Zellanhaftung und Zellproliferation. In präklinischen Tests ist bei der histologischen Untersuchung ein dichtes Netz neugebildeter Osteoblasten an der Grenzfläche zwischen Knochen und Implantat zu beobachten. Die Knochenhistomorphometrie zeigt eine etwa zweifach erhöhte Knochenanlagerung. Und Pull-out-Tests belegen eine mehr als zweifach erhöhte Implantatfixierung.

*Wenn ein Material in der Lage ist, als Leitgerüst das natürliche Knochenwachstum zu erleichtern, spricht man von Osteokonduktion.

(me)


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