Forscher entwickelt effektivere künstliche Knochentransplantate am 3D-Drucker

Hossein Montazerian, wissenschaftlicher Mitarbeiter an der School of Engineering der University of British Columbia (UBC) in Kanada, hat einen Weg gefunden um stärkere und effektivere Transplantate für Knochenersatz am 3D-Drucker herzustellen. 

In der Studie “Porous scaffold internal architecture design based on minimal surfaces: A compromise between permeability and elastic properties”, die im Fachjournal Materials & Design veröffentlicht wurde, beschäftigte sich Montazerian mit dem optimalen Verhältnis zwischen der Porösität und Stabilität von künstlichem Knochenersatz.

“Bei dem Design von künstlichen Knochengerüsten sollte ein Gleichgewicht herrschen, zwischen etwas das einerseits porös genug ist, um sich mit dem natürlichen Knochen und Bindegewebe zu vermischen, andererseits stark genug ist, sodass Patienten ein normales Leben führen können,” erklärt Montazerian.

Traditionell werden bei Knochenrekonstruktionen Implantate aus körpereigenem Knochen, vielfach dem Oberschenkelknochen, verwendet. Mittels 3D-Drucktechnologie könnten als Alternative dazu künstliche Knochengerüste hergestellt werden, die exakt an den Patienten angepasst werden.

In seiner Studie analysierte Montazerian 240 verschiedene Entwürfe für künstlichen Knochenersatz und konzentrierte sich dabei auf jene, die sowohl porös als auch stabil genug waren. Für physikalische Tests wurden die Designs mit der besten Leistung gedruckt.

“Einige der Strukturen stachen eindeutig heraus,” fügt er hinzu. “Die besten Designs waren bis um das Zehnfache stabiler als andere. Da diese Eigenschaften besitzen, die natürlichem Knochen sehr ähneln, sind daraus resultierende Probleme über einen längeren Zeitraum unwahrscheinlicher.”

Derzeit arbeitet Montazerian mit einem Team an der Weiterentwicklung dieser Designs, um eine Kombination aus zwei oder mehreren Strukturen zu verwenden. Stellen an denen Knochen auf Bindegewebe trifft sollen dabei besonders porös sein, während Bereiche mit der größten Belastung größere Stabilität aufweisen. Damit wird das Ziel verfolgt den Knochenersatz möglichst nahe an den Aufbau von natürlichem Knochen zu bringen.

Eine der weiteren Herausforderungen ist es geeignete Biomaterialen für diese optimierten Konstruktionen zu entwickeln. Auch auf diesem Gebiet gibt es bereits einige Studien, wie das hyperelastische Knochenmaterial, welches die Regeneration von körpereigenen Knochenzellen fördern soll.