3D-gedruckte Knochenimplantate mit neuer, anpassbarer Technologie vom Fraunhofer Institut

Vor einigen Tagen gaben Forscher des Fraunhofer Institut für Schicht- und Oberflächentechnik (IST) eine neue Technologie zur Entwicklung von 3D-gedruckten Knochenimplantaten bekannt. Mithilfe eines speziellen Kunststoffes und des 3D-Druck können Knochenimplantate in Zukunft um einiges passgenauer, stabil und variabel werden.

Nach Tumorerkrankungen, Infektionen oder schweren Frakturen ist oftmals eine operative Entfernung sowie der Einsatz von neuen Implantaten notwendig. Das Ziel der Forscher ist es, für eben diese Patienten die nötigen, 3D-gedruckten Knochenimplantate zu entwickeln.

Vor einiger Zeit berichteten wir über die Entwicklung von Implantaten für die Rückenmarkregeneration, welche mithilfe des 3D-Drucks und den eigenen Zellen des Patienten eine deutliche Verbesserung mit sich bringen könnten. Die deutschen Forscher vom Fraunhofer Institut gingen in die gleiche Richtung, entwickelten für das Verfahren jedoch eine neue Technologie.

Von der University of Minnesota entwickelte Implantate für das Rückenmark

Wie werden 3D-gedruckte Knochenimplantate entwickelt?

Während des Drucks der Knochenimplantate wird jede einzelne Schicht mit einem kalten Plasmastrahl behandelt. Dadurch wird das Wachstum von knochenbildenden Zellen auch innerhalb des Implantates unterstützt, während herkömmliche Methoden kaum in die Tiefe der Implantate eindringen konnten. Hierfür nutzen sie einen zusätzlichen Plasma-Jet, welcher kalte Plasmastrahlen direkt auf jede gedruckte Schicht blasen. Die darin enthaltenen Aminogruppen binden sich an der Oberfläche und fördern das Knochenwachstum.

Weiterhin kann die mechanische Stabilität nicht nur durch die gedruckte Dichte gesteuert werden, sondern auch über spezielle Füllstoffe. Die Entwicklung erfolgt mit einem speziellen Copolymer, das während des Drucks in den Knochen des Patienten integriert wird. Je höher diese Konzentration ist, desto fester ist das Implantat an der Stelle.

Das Design jedes einzelnen Implantats ist personalisiert und ermöglicht die perfekte Anpassung an die jeweiligen Bedürfnisse des Patienten. Außerdem benötigt es keine chemische Nachbehandlung, was es deutlich kostengünstiger, aber auch umweltfreundlicher als die anderen Herstellungsverfahren macht.

Die Technologie dahinter

„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 Dr. Jochen Borris, Geschäftsfeldleiter für Life Science und Umwelt am Fraunhofer IST.

Durch den Füllstoff können die Ärzte nicht nur die Dichte und Stabilität des Knochenimplantats beeinflussen. Werden die Füllstoffe mit medizinischen Wirkstoffen wie Antibiotika versehen, so kann es dem Patienten helfen Infektionen vorzubeugen.

„Diese Entwicklung unserer Projektpartner von der Universität Maastricht ermöglicht es, die Stabilität des Impantats individuell zu variieren. Wie der natürliche Knochen, so kann auch das Implantat unterschiedlich feste Bereiche haben“, sagt Dr. Thomas Neubert, Leiter des EU-Projekts am Fraunhofer IST.

Wie sieht das nächste medizinische Projekt aus?

Das Projekt ist bisher noch in der Entwicklungsphase. Der Nächste Schritt wäre, die Technologie weiter zu modifizieren und die Anwendungen zu reifen. Doch das Projekt ist vielversprechend. Diese innovative Technologie bietet ein großes Potenzial, um Knochenimplantate sehr genau an die individuellen Bedürfnisse der Patienten anzupassen.

„Form, Porosität, mechanische Stabilität und biomechanische Eigenschaften können wir mit unserem Verfahren hervorragend steuern und innerhalb der Implantate variieren. Wir können also unterschiedlich feste oder poröse Bereiche herstellen, die sich zusätzlich mit verschiedenen funktionellen Gruppen beschichten lassen.“

Implantate sind eine große Hilfe für Menschen mit Knochenkrebs oder bei der Behandlung schwerer Frakturen.

Derzeit ist das Forscherteam noch auf der Suche nach weiteren Industriepartnern, welche den Abschluss der Studie ermöglichen. Es kann jedoch noch einige Jahre dauern, bis dieses Implantat in den Krankenhäusern zu sehen sein wird.

Den offiziellen Pressebericht vom Fraunhofer Institut finden Sie HIER.

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