Home Forschung & Bildung Studie: SLM-3D-Gitterstrukturen aus Titan für Knochenregeneration

Studie: SLM-3D-Gitterstrukturen aus Titan für Knochenregeneration

Vor wenigen Tagen veröffentlichte ein Forscher-Team eine Studie, in welcher es sich um mit Selektivem Laserschmelzverfahren (SLM) hergestellte Gitterstrukturen aus Titan handelt, welche als Gerüste für Knochenregeneration entwickelt wurden.

Vor allem im Bereich des Bioprinting gibt es täglich neue Innovationen – so kommt es einem vor. Ob es sich um 3D-gedruckte Medikamente, um ein Gel für das Bioprinting von menschlichen Organen oder doch um einen 3D-Drucker, welcher Haut über Wunden drucken kann, handelt – die Welt der additiven Fertigung ist eine faszinierende.

Auch eine Gruppe von Forschern war von den Möglichkeiten des Bioprintings angetan und führte eine Studie durch, in welcher mittels Selektivem Laserschmelzverfahren hergestellte 3D-Gitterstrukturen aus Titan untersucht wurden, welche als Gerüste für neues Knochenwachstum dienen sollen. Veröffentlicht wurde diese Studie am 21. Juni 2018 unter dem Titel “Osteokonduktive Gittermikroarchitektur für optimierte Knochenregeneration”.

“Knochenersatzmaterialien müssen vom Körper akzeptiert werden und sollten innerhalb kurzer Zeit klinisch mit Knochengewebe infiltriert werden, daher sind sie idealerweise osteokonduktiv”, erklären die Forscher. “Knochengewebe-Engineering von osteokonduktiven Biomaterialien wie andere Tissue-Engineering-Ansätze beruht normalerweise auf der Kombination von Zellen, bioaktiven Faktoren und Biomaterialgerüsten, um die Regeneration von Knochengewebe zu erleichtern und zu beschleunigen.”

Mit den heutigen Technologien ist es möglich die Form des Knochengerüsts so zu gestalten, dass diese perfekt zu Größe und Form des Knochendefekts passen. Im Rahmen der Studien-Forschung 3D-druckte das Forscher-Team Titanstrukturen, um diese an Kaninchen zu testen. Entworfen wurden diese Strukturen mit einer SOLIDWORKS Software. Hergestellt wurden die Implantate auf einem Realizer 250 HT 3D-Drucker des deutschen Unternehmen SLM Solutions.

“Die äußere Makrogeometrie der Implantate ist als Stufenzylinder von 7,5 mm bzw. 6 mm Durchmesser und einer Höhe von 4,2 mm ausgelegt”, erklären die Forscher. “Die innere Mikroarchitektur wird konstruiert, indem symmetrisch angeordnete quadratische Kanäle in allen drei orthogonalen Richtungen ausgeschnitten werden, siehe Abbildung 1. Basierend auf vielversprechendsten Gerüstparametern aus der Literatur, der Breite der Kanäle w (Abstand zwischen den Stäben) und der Wanddicke s (Stabkaliber) der übrigen Binder wurden systematisch so variiert, dass entlang der zylindrischen Hauptachse komplette Schichten von kubischen Elementarzellen gebildet werden (siehe Abb. 1 für einen Überblick über die Konstruktionen und Tabelle 1 für die Strukturwerte). Schließlich schließt ein 0,2 mm feiner Ring den äußersten Rand des Gerüsts ab, um die letzte Schicht zu schließen und scharfe Kanten während der Operation zu vermeiden.”

Im Rahmen dieser Studie wurden achtzehn Kaninchen jeweils vier Implantate eingesetzt. Eingeteilt in zweier bis vierer Gruppen, wurden den Tieren hierbei Strkuturen mit unterschiedlichem Stababstand und Stabkaliber in einer Gitter-Titan-Mikroarchitektur eingesetzt. Nach vier Wochen wurde die Implantate wieder entfernt. Hierbei stellte sich heraus, dass die besten Ergebnisse bei einem Stababstand von 0,8 mm und einem Stabkaliber von 0,3 bis 0,4 mm erzielt wurden.

“Da AM und 3DP in vielen Fällen in einer Gittermikroarchitektur resultieren, legen diese Ergebnisse nahe, das frühere Dogma auf Kanälen von 0,3 bis 0,5 mm zu überwinden und sie durch Kanäle von 0,8 mm für Knochenersatzmaterialien zu ersetzen, bei denen das Einwachsen von Knochen schnell und effizient erfolgen muss”, Schlussfolgern die Forscher.

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