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Fragestellung: Nach wie vor stellen Implantat-assoziierte Infektionen und aseptische Lockerung der Prothese wegen fehlender sekundärer Stabilität eine große Herausforderung in der Endoprothetik dar. In diesem Projekt sollen dünne bioaktive und bioresorbierbare β-Tricalciumphosphat (TCP)- und Calciumalkaliphosphat (GB14)-Beschichtungen mittels Hochgeschwindigkeits-Suspensions-Flammspritzverfahren (HVSFS) hergestellt werden. Durch den Einbau von Kupfer (Cu)-dotierten TCP-Suprapartikeln soll zusätzlich eine antibakterielle Wirksamkeit erzielt werden. Das HVSFS-Verfahren ermöglicht die Abscheidung von 30–40 µm dicken Schichten. Das Einstellen der Schichtporosität durch die gezielte Veränderung von Prozessparametern im Beschichtungsprozess erlaubt dabei eine individuelle Anpassung an die biomedizinischen Vorgaben.

Das Ziel ist die Herstellung biodegradierbarer und antibakteriell wirksamer Schichten mit kontrollierbarer Resorptionskinetik. Durch umfangreiche biomedizinische Analysen sollen diese Eigenschaften an beschichteten Titansubstraten quantitativ validiert werden.

Methodik: Untersucht wurden β-TCP- und GB14-Beschichtungen mit je 0,5 gew.% TCPCu-Partikeln. Die Testung der Degradation erfolgte nach ISO EN 10993-14 in TRIS-Puffer mit pH 7,4 über einen Zeitraum von 120 Stunden. Die Biokompatibilitätstestungen erfolgten an humanen Osteoblasten. Messung der Zytotoxizität wurde über 3 Tage im LDH-Assay untersucht. Die Zellproliferation wurde über 7 Tage mittels WST-Assay ermittelt. Weiterhin erfolgte an Tag 1, 3 und 7 Live/Dead-Färbung der Zellen, um tote und lebendige Zellen darstellen zu können. Die antibakterielle Wirksamkeit wurde mittels Safe Airborne Antibacterial Assay ermittelt. Bakteriensuspensionen aus E. coli und S. aureus wurden auf die Proben gesprüht. Nach 30-minütiger Inkubation wurde die Flüssigkeit von den Proben abgenommen und auf Agarplatten ausgespatelt. Die Auswertung der antibakteriellen Wirksamkeit erfolgte durch das Auszählen von Colony forming units (CFU).

Ergebnisse und Schlussfolgerung: Wir konnten dünne resorbierbare Beschichtungen herstellen, die biokompatibel und antibakteriell wirksam sind. Auch die Cu-dotierten Beschichtungen zeigen eine gute Biokompatibilität, wobei Zellzahlen abhängig von der freigesetzten Cu-Menge variieren. Nach ISO 10993 Standard zeigt keine der Beschichtungen eine relevante Zytotoxizität. Die Implementierung von Cu-dotierten Partikelsystemen führt zu einer deutlichen Reduktion der CFU bei allen Beschichtungen. Neben den beschriebenen Möglichkeiten dieser Beschichtungen ist es denkbar, die Partikel zusätzlich mit Wirkstoffen, wie Antibiotika, zu beladen.

Tabelle 1 [Tab. 1]