Medizin: Forscher drucken Knochen im 3D-Drucker

Künstliche Zähne aus dem 3D-Drucker gibt es bereits. Künftig wird auch Knochenersatz auf diesem Weg hergestellt. Forscher am Fraunhofer-Institut für Schicht- und Oberflächentechnik (IST) in Braunschweig und Partner aus vier anderen europäischen Ländern haben eine entsprechende Technik entwickelt.

Der künstliche Knochen aus Kunststoff hat unzählige Poren, in die der die Knochenzellen hineinwachsen können, sodass sich ein fester Verbund ergibt. Um die Zellen anzuregen, die Poren auszufüllen, wird jede Schicht, die gedruckt wird, mit einem kalten Plasma behandelt, das ist eine Art Gas, das aus einem Mix von positiv und negativ geladenen Teilchen als Trägermaterialien und reaktive Aminogruppen enthält, das sind organische Verbindungen, deren Basis zwei Wasserstoff- und ein Stickstoffatom enthält. Diese Aminogruppen heften sich an die Oberfläche. Sie locken, wenn das Implantat eingepflanzt ist, die Knochenzellen an, in den porösen Kunststoff hineinzuwachsen.

Struktur ähnelt der natürlicher Knochen

Die Gerüststruktur des Implantats („Scaffold“) ist dem natürlichen Knochen nachempfunden. Diese Struktur kann so ausgelegt werden, dass sie perfekt zur Struktur der natürlichen Knochen des Patienten passen. „Unser Ziel ist, dass die Knochenzellen in die künstliche Struktur möglichst schnell hineinwachsen und das Implantat schließlich überflüssig machen. Es wird nach und nach durch körpereigene Enzyme abgebaut“, erklärt Jochen Borris, Geschäftsfeldleiter Life Science und Umwelt am IST.

Forscher der Universität Maastricht in den Niederlanden haben Füllstoffe entwickelt, die der „Druckertinte“ beigemischt werden. Sie beeinflussen die Festigkeit des künstlichen Knochens. Wenn sie mit Antibiotika versetzt werden lassen sich drohende Infektionen verhindern. Außerdem können sie variabel eingesetzt werden, sodass das Implantat in unterschiedlichen Regionen unterschiedlich fest ist. „Genauso wie beim natürlichen Knochen“, sagt Thomas Neubert, der das EU-Projekt am IST leitet.

Künstliche Knochen aus dem Medical Print Shop

In Zukunft könnten Ärzte die Fehlstellen, die etwa durch Tumorerkrankungen, Infektionen oder schwere Frakturen entstehen, vermessen, individuelle Anforderungen etwa zur Dichte und Festigkeit formulieren und die Daten an Medical Print-Shops senden, die die passgenauen Implantate drucken. Vor einer Zulassung des Verfahrens sind allerdings noch klinische Studien nötig.

via Fraunhofer