Detaillierte Bilder von Implantaten

Schrauben aus Magnesium, die eingepflanzt werden, um gebrochene Knochen zu fixieren, sollen gegenüber heutigen Implantaten aus Edelstahl oder Titan einen Vorteil zeigen: Sie lösen sich mit der Zeit auf. Ist später der Knochen geheilt, müssten sie nicht in einer belastenden Folgeoperation entfernt werden. Auch Stents – gitterartige Gefäßstützen für Herzgefäße – könnten künftig auf Magnesium basieren und sich im Körper auflösen, nachdem sich das Gewebe von selber stabilisiert hat. PETRA IV wird die Weiterentwicklung dieser medizinischen Zukunftstechnologie deutlich voranbringen.

Eine der wesentlichen Forschungsherausforderungen ist die Suche nach geeigneten Magnesiumlegierungen: Zersetzen sie sich zu schnell, könnten sie den Knochen nicht lange genug stabilisieren. Verschwinden sie zu langsam, muss womöglich doch wieder operiert werden. Deshalb testet die Fachwelt verschiedene Legierungen in Langzeitversuchsreihen. Ein wichtiges Analysewerkzeug ist die Mikrotomographie. Sie ähnelt einem CT-Scanner im Krankenhaus, der 3D-Röntgenbilder aus dem Körperinneren liefert. Allerdings werden die Proben dabei nicht mit herkömmlichen Röntgenquellen beleuchtet, sondern mit dem intensiven Röntgenstrahl von PETRA III. Kombiniert mit weiteren Röntgenmethoden lässt sich detailliert analysieren, wie sich die Implantate nach und nach zersetzen und wie der Knochen darauf reagiert.

PETRA IV wird dieses Spektrum erweitern: Insbesondere soll die neue Anlage einer weiteren Methode Schwung verleihen, dem Phasenkontrastverfahren. „Damit lässt sich weiches Gewebe, das in gewöhnlichen Aufnahmen nur recht unscharf zu erkennen ist, wesentlich detaillierter darstellen“, sagt Felix Beckmann, Forscher am Helmholtz-Zentrum Hereon, das bei DESY eine Außenstelle unterhält.

Für die Weiterentwicklung der bioabbaubaren Implantate hätte das diverse Vorteile: „Unter anderem ließe sich die Knorpelbildung viel genauer analysieren als bisher“, sagt Beckmanns Kollegin Berit Zeller-Plumhoff. „Sie geht dem Knochenaufbau voraus und markiert ein wichtiges Stadium beim Heilungsprozess.“

Auch die Forschung zu selbstauflösenden Stents würde profitieren: Bislang sind die Blutgefäße, in die ein Stent eingesetzt ist, nur relativ ungenau in den Aufnahmen zu erkennen. Dagegen könnte der intensive Röntgenstrahl von PETRA IV den detaillierten Aufbau des Gefäßes sichtbar machen – und seine Reaktion auf das Implantat.