Schon im Jahr 1900 fügte der Grazer Arzt Erwin Payr verletzte Blutgefäße mit einer Art Schelle aus Magnesium wieder zusammen. Bereits damals war bekannt, dass sich das Leichtmetall im Körper mit der Zeit auflösen müsste, und diese Hoffnung erfüllte sich auch. Doch die Patienten hatten häufig unter Zysten zu leiden, die mit Gas gefüllt waren, berichtet Dr. Frank Witte von der Medizinischen Hochschule Hannover.
"Da entsteht, wenn das Magnesium korrodiert, Magnesiumhydroxid und Wasserstoff. Da kann soviel Wasserstoff entstehen, dass er lokal sich im unteren Fettgewebe ansammelt. Daher gilt es, die Korrosion zu kontrollieren."
Das gelang mehr als 100 Jahre lang nicht, obwohl etliche Chirurgen Payrs Idee aufgegriffen haben. Erst heute gibt es eine Lösung, mit der verhindert werden kann, dass Wasserstoff entsteht: Magnesium-Legierungen mit sogenannten Seltenen Erden. Über sie darf Frank Witte nur soviel verraten:
"Diese Seltenen Erden in Kombination mit dem Magnesium erzeugen gute mechanische Eigenschaften. Auf der anderen Seite auch ausreichende korrosive Eigenschaften, so dass wir eine relativ kontrollierte Korrosion im Körper haben."
Dann ist Magnesium ein vielversprechendes Material für bioabbaubare Implantate. Zum Beispiel bei Knochenbrüchen: Dabei müssen die Bruchstücke einige Monate lang fixiert werden, bis sie von selbst wieder zusammengewachsen sind. Heute verwenden Unfallchirurgen dafür Platten und Schrauben aus Edelstahl oder Titan. Die werden meist in einer zweiten Operation nach einem Jahr wieder entfernt. Witte:
"Da möchte ich natürlich eine stabile Fixation der Knochenenden. Auf der anderen Seite möchte ich, wenn der Knochen geheilt ist, dass das Implantatmaterial nicht entfernt werden muss. Vor dem Hintergrund sind sicher kleine Schrauben und Platten für einen Unterarmbruch oder in der Richtung etwas, das man sich vorstellen könnte."
In Tierversuchen haben sich die Erwartungen erfüllt: Die Magnesium-Legierungen sind zunächst stabil und werden im Laufe von einem bis zwei Jahren abgebaut. Und in Frank Wittes Labor hat sich zudem gezeigt, dass Magnesiumhydroxid, das dabei entsteht, die Heilung verletzter Knochen sogar unterstützt.
"Wenn man Magnesiumhydroxid als Pulver in den Knochen implantiert, haben wir einen deutlich positiven Knochenumbau in den ersten vier Wochen gesehen, während der Knochenabbau in den ersten vier Wochen zeitweise unterdrückt wurde. Daher resultiert im Endeffekt ein stärkerer Knochenaufbau in den ersten vier Wochen."
Noch weiter ist die Entwicklung bei einer anderen Anwendung: bei Gefäßstützen, sogenannten Stents aus Magnesium. Sie sollen Blutgefäße weiten, die durch Gerinnsel blockiert sind, etwa im Unterschenkel oder bei den Herzkranzgefäßen. Hier haben klinische Studien bereits begonnen. Auch bei den Schrauben und Platten für die Knochenchirurgie könnte es bald soweit sein. Die Studien sollen unter anderem klären, wie gut Patienten die Implantate aus dem Leichtmetall vertragen. Bekannt ist bisher nämlich nur, dass Magnesium nach seiner Zersetzung in Knochen und Muskeln eingebaut oder ausgeschieden wird. Über die langfristige Verträglichkeit gibt es nur Erkenntnisse aus der Frühzeit der Magnesium-Implantate, sagt Frank Witte.
"Indem die ersten Studien 1920, 1930 auftraten, als Chirurgen zum ersten Mal Magnesium zur Behandlung von verletzten Soldaten eingesetzt haben. Und diese Chirurgen haben nicht berichtet, dass ihre Patienten starben. Da bisher aus der damaligen Literatur nicht berichtet wurde, dass auch bei großvolumigen Implantaten bei Knochen Menschen verstarben, haben wir zumindest die Zuversicht, dass das auch bei den neueren Implantaten so ist."
Erst wenn die klinischen Studien das bestätigen, können die biologisch abbaubaren Ersatzteile aus Magnesium routinemäßig in der Chirurgie eingesetzt werden.
"Da entsteht, wenn das Magnesium korrodiert, Magnesiumhydroxid und Wasserstoff. Da kann soviel Wasserstoff entstehen, dass er lokal sich im unteren Fettgewebe ansammelt. Daher gilt es, die Korrosion zu kontrollieren."
Das gelang mehr als 100 Jahre lang nicht, obwohl etliche Chirurgen Payrs Idee aufgegriffen haben. Erst heute gibt es eine Lösung, mit der verhindert werden kann, dass Wasserstoff entsteht: Magnesium-Legierungen mit sogenannten Seltenen Erden. Über sie darf Frank Witte nur soviel verraten:
"Diese Seltenen Erden in Kombination mit dem Magnesium erzeugen gute mechanische Eigenschaften. Auf der anderen Seite auch ausreichende korrosive Eigenschaften, so dass wir eine relativ kontrollierte Korrosion im Körper haben."
Dann ist Magnesium ein vielversprechendes Material für bioabbaubare Implantate. Zum Beispiel bei Knochenbrüchen: Dabei müssen die Bruchstücke einige Monate lang fixiert werden, bis sie von selbst wieder zusammengewachsen sind. Heute verwenden Unfallchirurgen dafür Platten und Schrauben aus Edelstahl oder Titan. Die werden meist in einer zweiten Operation nach einem Jahr wieder entfernt. Witte:
"Da möchte ich natürlich eine stabile Fixation der Knochenenden. Auf der anderen Seite möchte ich, wenn der Knochen geheilt ist, dass das Implantatmaterial nicht entfernt werden muss. Vor dem Hintergrund sind sicher kleine Schrauben und Platten für einen Unterarmbruch oder in der Richtung etwas, das man sich vorstellen könnte."
In Tierversuchen haben sich die Erwartungen erfüllt: Die Magnesium-Legierungen sind zunächst stabil und werden im Laufe von einem bis zwei Jahren abgebaut. Und in Frank Wittes Labor hat sich zudem gezeigt, dass Magnesiumhydroxid, das dabei entsteht, die Heilung verletzter Knochen sogar unterstützt.
"Wenn man Magnesiumhydroxid als Pulver in den Knochen implantiert, haben wir einen deutlich positiven Knochenumbau in den ersten vier Wochen gesehen, während der Knochenabbau in den ersten vier Wochen zeitweise unterdrückt wurde. Daher resultiert im Endeffekt ein stärkerer Knochenaufbau in den ersten vier Wochen."
Noch weiter ist die Entwicklung bei einer anderen Anwendung: bei Gefäßstützen, sogenannten Stents aus Magnesium. Sie sollen Blutgefäße weiten, die durch Gerinnsel blockiert sind, etwa im Unterschenkel oder bei den Herzkranzgefäßen. Hier haben klinische Studien bereits begonnen. Auch bei den Schrauben und Platten für die Knochenchirurgie könnte es bald soweit sein. Die Studien sollen unter anderem klären, wie gut Patienten die Implantate aus dem Leichtmetall vertragen. Bekannt ist bisher nämlich nur, dass Magnesium nach seiner Zersetzung in Knochen und Muskeln eingebaut oder ausgeschieden wird. Über die langfristige Verträglichkeit gibt es nur Erkenntnisse aus der Frühzeit der Magnesium-Implantate, sagt Frank Witte.
"Indem die ersten Studien 1920, 1930 auftraten, als Chirurgen zum ersten Mal Magnesium zur Behandlung von verletzten Soldaten eingesetzt haben. Und diese Chirurgen haben nicht berichtet, dass ihre Patienten starben. Da bisher aus der damaligen Literatur nicht berichtet wurde, dass auch bei großvolumigen Implantaten bei Knochen Menschen verstarben, haben wir zumindest die Zuversicht, dass das auch bei den neueren Implantaten so ist."
Erst wenn die klinischen Studien das bestätigen, können die biologisch abbaubaren Ersatzteile aus Magnesium routinemäßig in der Chirurgie eingesetzt werden.