ArchivDeutsches Ärzteblatt20/2001Kongressbericht: Implantatmaterialien

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Kongressbericht: Implantatmaterialien

Dtsch Arztebl 2001; 98(20): A-1335 / B-1138 / C-1066

Hackenbroch, Matthias H.; König, Dietmar Pierre; Schierholz, Jörg M.; Beuth, Josef

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LNSLNS Infektionen, Gewebeintegration und Neuentwicklungen

Die neuesten Entwicklungen auf dem Gebiet der Biomaterialien für chirurgische Implantate und die Fortschritte hinsichtlich Verständnis, Prävention und Therapie implantatassoziierter Infektionen waren Hauptthemen des Symposiums „Implant Materials – Infection, Tissue Integration, Advances in New Materials“ das vom 22. bis 23. September 2000 in Köln stattfand.
Biomaterialien in der Orthopädie
Neben den Fortschritten bei Endoprothesen und Osteosynthesen zeigte Matthias H. Hackenbroch, Köln, zahlreiche material- und designbedingte Fehlentwicklungen und deren Auswirkungen für den Patienten auf. Die klinische Relevanz von In-vitro-Versuchen bezeichnete er als begrenzt. Weiterentwicklungen seien nur von neuen Analysen von Material- und Gewebseigenschaften und deren Interaktionen zu erwarten. Als das entscheidende Qualitätskriterium nannte er den kritisch verfolgten klinischen Langzeitverlauf.
Hans-Georg Willert, Göttingen, stellte die Pathomechanismen der aseptischen Lockerung von Endoprothesen dar. Danach führen Mikrobewegungen an der Implantat-Knochen-Grenze zur Ausbildung eines Bindegewebsmantels, der gemeinsam mit Abriebprodukten an den Endoprothesenoberflächen eine Fremdkörperreaktion in Form einer makrophagenreichen Granulombildung auslöst. Letztere bewirkt über Zytokine eine Osteoklastenstimulation mit nachfolgender periprothetischer Osteolyse. Die Vermeidung von Materialabrieb ist deshalb laut Willert oberstes Gebot. Gewebsfreie Spalten in unmittelbarer Implantatumgebung und durch mechanische Irritation erzeugte Bindegewebskapseln im Interface verschlechtern die Resistenz gegen Infektionen, so Stephan Perren, Research Institut und AO-Center, Davos. Durch Vermeidung der Kontaktnekrose könne das Infektionsrisiko gesenkt werden.
Dietmar Pierre König, Köln, wies auf die zunehmende Bedeutung von Staphylococcus-epidermidis-Infektionen bei Endoprothesenlockerung hin. Er unterstrich die hohe Affinität dieses Schleim produzierenden Stamms zu Polymermaterialien und forderte, falls technisch möglich, bei Wechseloperationen nach infizierten Totalprothesen zementfreie Implantate zu verwenden.
Periprothetischen Infekten liegt ein implantatinduzierter lokaler Granulozytendefekt zugrunde, berichtete Werner Zimmerli, Liestal, Schweiz. Das einzige Antibiotikum mit guter Wirkung gegen ruhende und implantatadhärente gram-positive Bakterien sei Rifampicin.
Behandlung implantatassoziierter Infekte
Über die operative Behandlung von Früh- und Spätinfekten bei Gelenkimplantaten referierte Gert H. L. M. Walenkamp, Maastricht. Frühinfekte können demnach durch ein radikales Debridement und Einbringen von lokalen Antibiotikaträgern in Verbindung mit intravenöser Antibiotikagabe und unter Belassung der Endoprothese mit einer Erfolgschance von über 50 Prozent behandelt werden. Bei Spätinfekten sollte jedoch das Implantat ersatzlos entfernt werden. Nach infektfreiem Intervall kann nach Ansicht Walenkamps reimplantiert werden, in einigen Fällen muss es jedoch beim Resektionszustand (Girdlestone-Hüfte) bleiben.
Carl Erik Nord, Stockholm, beschrieb die bedrohliche Resistenzentwicklung humanpathogener Bakterien, unter anderem von Enterococcus faecalis, Streptococcus pneumoniae, Pseudomonas aeruginosa und Mycobacterium tuberculosis. Er forderte ausschließlich indikations-, dosis- und zeitoptimierte Antibiotikatherapien durchzuführen. Zudem appellierte er insbesondere an
die lebensmittelherstellende Industrie, Antibiotika, Antimykotika und deren Derivate durch nicht Resistenz induzierende Maßnahmen in Vieh- und Pflanzenzucht zu ersetzen. Die Kosten-Nutzen-Relation der Entwicklung neuer Antibiotika sei für die Industrie derzeit offenbar wenig lukrativ, daher seien effektive Neuentwicklungen in absehbarer Zeit nicht zu erwarten.
Carolin C. Blackwell, Edinburgh, und Monique Aumailley, Köln, stellten Pathomechanismen bakterieller Erreger sowie Kommensalen und nicht antibiotikaabhängige antimikrobielle Strategien vor (unter anderem Blockade/Modulation bakterieller Adhäsine beziehungsweise Gewebemoleküle/Rezeptoren). Auch genetische Determinanten (Rezeptorexpression), zirkadiane Rhythmen und Umweltfaktoren wie virale Infektionen oder Zigarettenrauch, so Blackwell und Aumailley, können inflammatorische Reaktionen und damit die Erscheinigungsform von Infektionskrankheiten signifikant beeinträchtigen.
Bislang wenig beachtete Antibiotikaauswirkungen auf die humorale/zelluläre Immunität und auf deren Interaktionen mit der Tumorzellproliferation diskutierte Josef Beuth, Köln. In experimentellen, murinen Modellen stimulierten Antibiotika signifikant das Tumorwachstum. Da diese Wirkung nicht durch In-vitro-Inkubation der Tumorzellen mit den betreffenden Antibiotika zu bestätigen war, scheint die therapieinduzierte Immunsuppression oder Immunmodulation diesen Effekt zu induzieren. Derzeit werden konfirmatorische Untersuchungen durchgeführt, um die molekularen Mechanismen der Tumorzellproliferation unter definierten Antibiotika aufzuklären und Gegenstrategien zu entwickeln.
Jörg Hacker, Würzburg, berichtete über ein molekularbiologisches Diagnoseverfahren (fluoreszenzbasierte In-situ-Hybridisierung, FISH), das den direkten Nachweis von Staphylococcus epidermidis und Staphylococcus aureus in Gewebsproben ohne vorherige Anzucht der Bakterien erlaubt. Mit dieser neuen Methode können laut Hacker Infektionserreger unter anderem auf Implantaten nachgewiesen werden, die mit den üblichen mikrobiologischen Standardmethoden nicht anzüchtbar sind.
Ausgehend von venösen Infusionssystemen haben nosokomiale Infektionen einen bedeutenden Einfluss auf Morbidität, Modalität und Krankheitskosten bei Intensivpatienten. Die klinische Verdachtsdiagnose Katheterinfektion bei Patienten mit Infektionssyndromen kann nur durch die semiquantitative mikrobiologische Untersuchung des Venenkatheters gesichert werden, meinte Alfons Bach, Heidelberg. Durch strenge Infektionskontrollmaßnahmen sowie Beschichtung von zentralvenösen Kathetern mit antiseptischen oder antibiotischen Substanzen kann eine Reduktion dieser Infektionen erreicht werden. Solche Beschichtungstechnologien beschrieb Jörg Schierholz, Bonn, ausführlich. Die Kombination von Kurz- und Langzeitkathetern mit zwei synergistisch wirkenden Antibiotika, welche als Slow-Delivery-Systeme die Wirkstoffe gezielt in der Mikroumgebung freisetzen, zeigen nach vorläufigen In-vitro- und In-vivo-Untersuchungen die Möglichkeit, zukünftig implantatassoziierte Infektionen auf ein sehr niedriges Niveau zu senken. Zytokin- und hormonfreisetzende Slow-Delivery-Systeme wurden für ein maßgeschneidertes Tissue Engineering diskutiert. Uwe Joosten, Münster, konnte die antimikrobielle Effektivität antibiotikabeladener Hydroxylapatit-Zemente zeigen.
Bioengineering neuer biomimetischer Materialien
An allen bisher implantierten Werkstoffen sind im Laufe der Jahre mehr oder weniger Zersetzung, Auflösung und chemische Veränderung beobachtet worden, erklärte Christian Mittermayer, Aachen, in seinem Bericht über das außerordentlich reichhaltige Material des Deutschen Referenzzentrums für Implantatpathologie. Michael Moske, Bonn, sowie Robert Thull, Würzburg, stellten unterschiedliche Oberflächenmodifikationen auf Metallen für den Hart- und Weichgewebekontakt vor, die das verhindern könnten. Hier lassen sich spezielle Oberflächeneigenschaften chemisch über die Sol-Gel-Technik und biologisch durch die Absorption von Makromolekülen erreichen. Denkbar sind auch Mehrfachfunktionen von Zusatzbeschichtungen aus der Plasmaphase wie Schutz des Implantats vor Degradation und Korrosion, Schutz des Gewebes vor Anreicherungen vom Implantat, aber auch Bereitstellung eines internen Reservoirs für die Einlagerung von pharmakologischen Wirkstoffen. Diese Mikro- und Makrostrukturierung von Oberflächen sowie die Kombination mit pharmakologisch aktiven Substanzen eröffnet einen rationalen Einstieg für das Bioengineering neuer biomimetischer Materialien.
Über die neuesten Entwicklungen beim Tissue Engineering berichtete Axel Haverich, Hannover. Gerade bei Implantaten im kardiovaskulären Bereich, so zum Beispiel koronararteriellen Gerüstprothesen, schmalkalibrigen Gefäßprothesen sowie Herzklappen, sei die Entwicklung neuer besser verträglicher Materialien sehr wichtig. Xenogene Startermatrices wie Herzklappen wurden mit Zellen kleinerer Blutgefäße, Endothelzellen und Myofibroblasten besiedelt. Erste Ergebnisse aus Großtierexperimenten lassen hoffen, dass diese Implantate in einem wachsenden Organismus mitwachsen können. Die Reparatur erkrankter und infizierter Herzmuskelareale durch Implantation von Stammzellen oder fetalen Kardiomyozyten wird zukünftig wahrscheinlich möglich werden. In anderen Bereichen wie beim Haut-, Knochen-, Knorpel- und Nervenersatz oder auch in der Urologie wird das Tissue Engineering bald viele der konventionellen Strategien des Gewebe- und Organersatzes ablösen können.
Patentmanagement
Bei allen Forschungsanstrengungen herrscht ein Widerspruch zwischen „publish or perish“ an deutschen Hochschulen und dem Anmelden von Schutzrechten, meinte Hans-Wilhelm Meyers, Köln. Schutzrechte seien für eine akademische Karriere weniger dienlich als die schnelle Publikation. Andererseits vergebe unsere Volkswirtschaft durch das unprofessionelle Patentmanagement unserer Hochschulen enorme ökonomische Chancen. Das Patentmanagement wie an amerikanischen Hochschulen könnte hier ein Vorbild sein, um die Lücke zwischen guter Grundlagenforschung und der Produktentwicklung zu schließen.

Das Symposium „Implant Materials – Infection, Tissue Integration, Advances in New Materials“wurde anlässlich des 65. Geburtstags von Prof. Dr. med. Matthias H. Hackenbroch von der Deutschen Akademie der Naturforscher Leopoldina in Zusammenarbeit mit der Klinik und Poliklinik für Orthopädie der Universität zu Köln, der Stiftung CAESAR (Center of Advanced European Studies and Research, Bonn) und dem Institut zur Wissenschaftlichen Evaluation naturheilkundlicher Verfahren der Universität zu Köln veranstaltet.

Prof. Dr. med. Matthias H. Hackenbroch
Orthopädische Klinik und Poliklinik
der Universität zu Köln
Josef-Stelzmann-Straße 9, 50931 Köln
E-Mail: Matthias.Hackenbroch@medizin.uni-koeln.de

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