Orthopädische Implantate sind künstliche Geräte, die in Knochen und Gelenke eingebaut werden, um die normale Funktion wiederherzustellen. Orthopädische Implantate dienen häufig als Gelenkersatz, wenn Hüfte, Knie, Schulter oder Ellenbogen durch Verletzungen oder Krankheiten wie Arthrose geschädigt wurden, bei denen Gelenkverschleiß zu Schmerzen und Steifheit führt. Orthopädische Implantate kommen in der Regel nur zum Einsatz, wenn nicht-chirurgische Behandlungsmethoden versagt haben. Sie neigen dazu, sich nach einigen Jahren abzunutzen, und aus diesem Grund müssen Implantate, die jüngeren Menschen verabreicht werden, irgendwann ersetzt werden.
Zur Herstellung orthopädischer Implantate werden verschiedene Materialien verwendet, darunter Kunststoff, Keramik und Metalle wie Edelstahl und Titan. Implantate können auf verschiedene Weise fixiert werden. Zement oder Schrauben können verwendet werden, um sie zu verankern, oder sie können durch den Druck ihrer Umgebung in Position gehalten werden. Oft kann Knochen, der um ein orthopädisches Implantat herum einwächst, dazu beitragen, es zu sichern. Manchmal wird ein Teil eines Implantats zementiert, während ein anderer Teil nicht zementiert wird, wie dies bei einem als Hybrid bezeichneten Hüftersatz der Fall ist, bei dem der Schaft, der den Kugelteil des Gelenks trägt, mit Zement fixiert werden kann, während die Aufnahmepfanne nicht.
Orthopädische Titanimplantate haben den Vorteil, dass sie stark und dennoch leicht sind und der Körper normalerweise nicht darauf reagiert. Nachteilig ist, dass Knochenzellen nur schwer an der glänzenden Oberfläche des Metalls haften bleiben, was eine Verschmelzung mit Knochen im Rahmen des Heilungsprozesses erschwert. Fortschritte in der Forschung finden neue Wege, um mikroskopische Röhren, sogenannte Nanotubes, in die Oberfläche von Titan zu ätzen, ein Prozess, der zuvor zu teuer war, um praktikabel zu sein. Die Struktur dieser Nanoröhren macht sie attraktiv für Wasser und bietet eine geeignete Umgebung für das Wachstum von Zellen.
Obwohl orthopädische Implantate Vorteile haben, wie z. B. die Erhöhung der Mobilität und die Verringerung der Schmerzen, die mit Verletzungen oder degenerativen Gelenkerkrankungen verbunden sind, gibt es einige Nachteile, die gelegentlich auftreten. Implantate können sich lockern oder brechen, und selten kann der Körper dagegen reagieren. Manchmal kann eine Infektion einsetzen, die den Ersatz eines Implantats erforderlich machen kann. Bakterien können auf der Oberfläche eines orthopädischen Implantats wachsen und einen sogenannten Biofilm bilden. Um dies zu beheben, muss das Implantat entfernt und die Infektion behandelt werden, bevor ein Ersatz eingesetzt werden kann. Die Forschung an sogenannten Hydrogelen kann Hoffnung für die Zukunft bieten, da diese wasserabsorbierenden Substanzen bakterienunfreundlich sind, aber dennoch das Wachstum von Knochenzellen ermöglichen, und sie können der Oberfläche eines Implantats hinzugefügt werden, um die Wahrscheinlichkeit zu minimieren Infektion greift.