3D-gedruckte Keramik-Gerüste für neues Knochenwachstum

Forscher der New York University (NYU) 3D-druckten Knochenimplantate aus Keramik, welche sich nach einiger Zeit im Körper auflösen und das Knochenwachstum an der besagten Stelle anregen sollen. In ersten Tests erzielten die Forscher bereits positive Ergebnisse.

Vor allem im Bereich der Prothetik, aber auch in Bezug auf Implantate, erfreut sich die additive Fertigung an wachsendem Zuspruch. Dies verwundert nicht, denn die Forschungen im medizinischen Sektor gepaart mit 3D-Drucktechnologien bringen stets neue Innovationen hervor. Eine dieser Innovationen wurde nun von Forschern der NYU unter dem Titel “Form- und Funktionsreparatur von langem Knochen unter Verwendung von 3D-gedruckten bioaktiven Gerüsten” publiziert.

Bei dieser Forschungsarbeit handelt es sich um die additive Fertigung von Keramik-Gerüsten. Die New York University-Forscher 3D-druckten Keramikimplantate, welche sich mit der Zeit langsam im Körper auflösen und an eben dieser Stelle das Wachstum von neuem Knochengewebe fördern. Im Rahmen erster Test, bei welchem Tiere untersucht wurden, konnten bereits positive Ergebnisse notiert werden. Die eingesetzten Implantate wurden tatsächlich von den natürlichen Knochen “absorbiert” und heilten so bestehende Defekte.

“Unser dreidimensionales Gerüst stellt aufgrund seiner Fähigkeit, echten Knochen zu regenerieren, das beste Implantat in der Entwicklung dar”, sagt Studienleiter und Biomediziningenieur Paulo G. Coelho. “Unsere neuesten Studienergebnisse bringen uns näher an klinische Studien und potenzielle Knochenimplantate für Kinder mit Schädeldeformationen seit der Geburt, ebenso wie für Veteranen, die beschädigte Gliedmaßen reparieren wollen.”

Nach Aussage der Forscher weisen die aus Keramik 3D-gedruckten Implantate starke Ähnlichkeiten mit der Zusammensetzung echter Knochen auf. Die Gerüste enthalten, ähnlich wie natürliche Knochen, Beta-Tricalciumphosphat, was die Implantate in weiterer Folge resorbierbar macht. Weiters wurden die Keramikimplantate mit dem blutverdünnenden Mittel Dipyridamol beschichtet, welches das Knochenwachstum stimuliert sowie Knochenzellen anzieht.

“Dipyridamol hat sich als Schlüssel für den Erfolg des Implantats erwiesen”, erklärt Studienkollege Bruce N.Cronstein. “Und weil das Implantat allmählich resorbiert wird, wird das Medikament nach und nach und lokal in den Knochen freigesetzt, nicht in den gesamten Körper, wodurch das Risiko von abnormem Knochenwachstum, Blutungen oder anderen Nebenwirkungen minimiert wird.”

Im Rahmen der Untersuchungen und Tests nutzten die Forscher Testgerüste, um kleine Löcher sowie fehlende Knochenstücke von ein bis zwei Zentimeter Länge im Kiefer von Mäusen und Kaninchen zu reparieren beziehungsweise regenerieren. Jedes Keramik-Gerüst wurde nach sechs Monaten zu durchschnittlich 77% von den Körpern der Tiere resorbiert. Im Laufe der Zeit konnte neues Knochenwachstum verzeichnet werden, während sich die 3D-gedruckten Gerüste auflösten.

Nachfolgende CT-Scans wiesen kaum mehr Spuren von Beta-Tricalciumphosphat auf, während Belastungsuntersuchungen zeigten, dass die neuen Knochen die gleiche Festigkeit wie der ursprüngliche, unbeschädigte Knochen aufwies.

Als nächsten Schritt möchten die Forscher ein Patent für weitere Forschungen einreichen, um möglichst bald klinische Studien durchführen zu können.