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Forscher der Johns Hopkins Universität haben ein neues Material zur Herstellung von 3D-gedruckten Knochenimplantaten getestet, welches das Nachwachsen von körpereigenen Knochenzellen besser fördert.
Professor Warren Grayson und sein Team verwendeten eine Mischung aus biologisch abbaubaren Kunststoff, genannt Polycaprolactone (PCL), der für klinische Anwendungen freigegeben ist, und ein natürliches Knochenpulver gewonnen aus der porösen Innenstruktur von Rinderknochen, denen zuvor Zellen entfernt wurden. Grayson erklärt, dass das Knochenpulver für den menschlichen Körper native Strukturproteine enthält und eine knochenwachstumsfördernde Wirkung hat, die es Stammzellen ermöglicht zu Knochenzellen heranzuwachsen. Weiters verleiht das Pulver dem PCL Kunststoff eine rauere Oberfläche, auf der sich Zellen besser ansiedeln können.
Das Forscherteam testete verschiedene Verhältnisse für das Mischmaterial für den 3D-Druck, wobei 70% Knochenpulver zu 30% PCL sehr gute Resultate lieferte. Die Mischung mit 85% Pulver enthielt zu wenig PCL um die Struktur des Gerüsts aufrecht zu erhalten. Die 3D-gedruckten Zellträger wurden mit menschlichen Stammzellen gewonnen aus Körperfett versetzt. Bereits innerhalb von drei Wochen zeigten 70% der Struktur Zellwachstum und Genaktivität, die hundert mal höher war als diese von Strukturen aus reinem PCL.
Die Implantate wurde danach in Mäusen mit einem größeren Loch in der Schädeldecke getestet. Diese zeigten nach 12 Wochen bereits körpereigenes Knochenwachstum. Unter den getesteten Implantaten zeigten jene mit 30 und 70% Knochpulveranteil zumindest 50% mehr Wachstum als Implantate aus reinem PCL.
Auch wenn Rinderknochen von der FDA für klinische Anwendungen freigegeben sind, möchte das Forscherteam in einem nächsten Schritt menschliches Knochenpulver für die 3D-gedruckten Implantate testen, da sein Einsatz weiter verbreitet ist. Weiters wollen die Wissenschaftler noch Strukturen drucken, die dem menschlichen Knochen ähnlicher sind, sowie Zusatzstoffe einsetzen die das Wachstum von Blutgefäßen fördern. Dies ist vor allem für dickere Knochenstrukturen notwendig.
Die Studie mit dem Titel “Three-Dimensional Printing of Bone Extracellular Matrix for Craniofacial Regeneration” wurde im ACS Biomaterials Science & Engineering Journal veröffentlicht.
