Washington University: Arzneimittelangereicherte 3D-gedruckten Implantaten kann die Biege- und Druckfestigkeit erheblich verringern

Die additive Fertigung bietet viele Potenziale für personalisierte medizinische Anwendungen. Ein vielversprechendes Forschungsgebiet ist dabei die Knochenfixationschirurgie für kiefer- und orthopädische Eingriffe. Ein Forscherteam der Washington University in Saint Louis untersuchte kürzlich 3D-Druckmethoden zur Herstellung patientenspezifischer Fixierungsimplantate, die eine lokalisierte Arzneimittelabgabe im Körper ermöglichen.

Sie druckten Fixierungsvorrichtungen, Schrauben, Stifte und Knochenplatten aus Polymilchsäure (PLA) mit unterschiedlichen Füllungsverhältnissen und reicherten diese teilweise mit den Wirkstoffen Gentamicin (GS) und Methotrexat (MTX) an. Die zylindrisch und rechteckig geformten Konstrukte wurden dann auf Druck- und Biegefestigkeit getestet. Die Forscher stellten dabei fest, dass reine PLA-Konstrukte verglichen mit anderen Achsen und Füllungsverhältnissen eine signifikant höhere Biegefestigkeit zeigten, wenn sie in einer Y-Achse mit 100% Füllung gedruckt wurden. In den anderen Achsen konnte dieser Unterschied hingegen nicht festgestellt werden. Des Weiteren zeigten die arzneimittelgefüllten Konstrukte eine signifikant geringere Biege- und Druckfestigkeit im Vergleich zu den reinen PLA-Strukturen. Die GS-imprägnierten Implantate zeigten jedoch eine bakterielle Hemmung in Plattenkulturen, und die MTX-imprägnierten Implantate eine cytotoxische Wirkung in Osteosarkomtests.

Die Studie präsentiert damit die mechanisch eigenschaften und positive antibakterielle und chemotherapeutische Wirkung von 3D-gedruckten Implantate. Besonders interessant ist dabei die Tatsache, dass eine Arzneimittelzugabe die Biege- und Druckfestigkeit der kundenspezifischen Implantate erheblich verringern kann.

Das Forscherteam veröffentlichte seine Ergebnisse im Journal of functional biomaterials unter dem Titel: “3D Printing Custom Bioactive and Absorbable Surgical Screws, Pins, and Bone Plates for Localized Drug Delivery”.

Quelle:
Tappa, K., Jammalamadaka, U., Weisman, J. A., Ballard, D. H., Wolford, D. D., Pascual-Garrido, C., … & Mills, D. K. (2019). 3D printing custom bioactive and absorbable surgical screws, pins, and bone plates for localized drug delivery. Journal of functional biomaterials, 10(2), 17.