PCL Materialien für die Herstellung von Scaffolds für Knochen getestet

Im Zuge eines wissenschaftlichen Tests untersuchten Forscher der Sichuan University verschiedene auf PCL basierende Materialien für die Herstellung von implantierbaren Gerüsten zur Knochenbildung (Scaffolds).

Konkret wurden die morphologischen, mechanischen und biologischen Eigenschaften von vier Mischmaterialien PCL, PCL / PVAc, PCL / HA und PCL / PVAc / HA untersucht und auf Eignung für die Knochenbildung verglichen.

Derart hergestellte poröse Gerüste werden üblicherweise auf Basis eines CT-Scans individuell entwickelt und an Stellen implantiert an denen natürliches Knochengewebe nachwachsen soll. Das Team verwendete einen Hangzhou Regenovo Bioprinter der 2.Generation mit einem Düsendurchmesser von 0,34 mm und einem Fadenabstand von 0,5 mm. Die Schichtstärke betrug konstant 0,1 mm und das Ablegemuster 0° und 90°.

Additive Fertigung eignet sich aufgrund des schichtweisen Herstellungsprozesses ausgezeichnet um derartige individuelle und komplexe Strukturen zu erzeugen. Die verwendeten Materialien haben dabei einen großen Einfluß auf die erwünschten medizinischen Effekte. So müssen diese über eine kontrollierte biologische Abbaubarkeit, einer geeigneten mechanischen Festigkeit, einer speziellen Porenstruktur und einer gewissen Porosität für das Verwachsen mit Knochenzellen verfügen.

PCLund Hydroxylapatit (HA) sind von der FDA zugelassen und eignen sich aufgrund ihrer hoher Kristallinität und eines niedrigen Schmelzpunkt für einen breiten Einsatz von medizinischen Anwendungen. So werde die Materialien bereits für Schädel Reparaturen und als Schrauben bei Knochenbrüchen verwendet. Die bioabsorbierbaren Materialien verfügen laut der Studie jedoch auch über einige negative Eigenschaften. So solle PCL über eine nicht ideale Zellanheftung verfügen da es während des Druckprozesses eine natürliche Polymerhülle bildet und damit die Knochenbindungsfunktion von HA Material beeinflusst.

Die Ergebnisse zeigten, dass alle Gerüste über ähnliche Porositäten im Bereich von 74,1 und auf 76,1 % verfügten, aber Unterschiede in den mechanischen Eigenschaften aufweisen. So verfügte das reine PCL Gerüst über die höchste Druckfestigkeit von 11,9 MPa (p <0,05), während das PCL / HA Gerüst das höchste Elastizitätsmodul von 125,4 MPa (p <0,05) hatte. Das PCL / PVAc Gerüst zeigte die geringsten Werte mit einer Druckfestigkeit von 3,9 MPa und einem Modul von 26,6 MPa. Die Werte der PCL / PVAc / HA Verbindung betrug 6,3 MPa und 55,5 MPa. Sie zeigten gleichzeitig die günstigsten Eigenschaften bei der in-vivo-Knochenbildung.