Poreuze titaniumstructuren laten botten beter helen.

Het herstel van grote botdefecten na trauma, ontsteking en tumorchirurgie blijft een ernstig klinisch probleem. Orthopedische implantaatmaterialen falen op lange termijn vaak om mechanische redenen, door inkapseling of ontsteking. Titanium en zijn legeringen vertonen zeer goede mechanische eigenschappen en biocompatibiliteit, waardoor ze beschouwd worden als de eerste keus in botvervangende materialen voor lastdragende toepassingen. In zijn doctoraatsonderzoek ontwikkelde apotheker Matthieu Ravelingien (UGent) een lokaal toedieningssysteem voor antibiotica binnen titanium draagstructuren voor bot, ter behandeling van implantaat geassocieerde bacteriële infecties. Door een calciumfosfaat coating op poreuze titaniumsubstraten af te zetten, wordt de botintegratie van het implantaat verbeterd.

Het onderzoek van Matthieu Ravelingien spitste zich dan ook toe op titanium draagstructuren. Orthopedische implantaten zijn vaak instabiel omdat ze na implantatie ingekapseld worden door bindweefsel en zo geïsoleerd geraken van het omliggend bot. Een betere hechting kan bekomen worden door nieuw bot in een poreuze titaniumstructuur te laten groeien, zodat het implantaat mechanisch verankerd wordt. Die poreuze structuur benadert de structurele en mechanische eigenschappen van menselijk bot. Lichaamsvloeistoffen worden in de poreuze matrix probleemloos getransporteerd, wat de botingroei kan bevorderen. Het oppervlak van het implantaat wordt bioactief gemaakt worden door een botbindende calciumfosfaat coating. Daardoor verbetert de botintegratie. Ook kan de porositeit van de titaniumstructuur aangepast worden, zodat de gewenste mechanische eigenschappen verkregen worden.

Bacteriële infecties van orthopedische implantaten zorgen nog vaak voor ernstige complicaties. Chirurgische herzieningsprocedures van het geïnfecteerde implantaat zijn niet altijd efficiënt en soms moet het implantaat volledig vervangen worden. Deze interventies hebben een immense impact in termen van mortaliteit en medische kosten. Intraveneus of peroraal toegediende antibiotica dringen onvoldoende door in weinig doorbloed of afstervend weefsel en kunnen toxiciteit aan de lever en nieren veroorzaken. De alternatieve lokale toediening van antibiotica via de calciumfosfaat coating daarentegen kan hoge lokale antibioticaconcentraties onderhouden gedurende een langere periode zonder die systemische toxiciteit te veroorzaken.

De coating van calciumfosfaat en de gecontroleerde vrijstelling van antibiotica hieruit kwam tot stand door een combinatie van de vormgevings know-how van de projectgroep Keramische Materialen en Poedermetallurgie van VITO en het Laboratorium voor Farmaceutische Technologie van Universiteit Gent.