Behandlung von Bombenverletzungen in Syrien mit 3D-gedruckten ‘Knochenbausteinen’

Forscher der Universität Manchester haben eine einfache und billige Methode zur Reparatur gebrochener Gliedmaßen mithilfe von 3D-gedruckten “Knochenziegeln” entwickelt, um auf den Bedarf an dringender medizinischer Versorgung in syrischen Flüchtlingslagern zu reagieren.

Da Tausende syrischer Flüchtlinge im Krieg durch Rohrbomben und anderen Sprengstoffen verletzt wurden, haben viele von ihnen aufgrund des Zusammenbruchs des Gesundheitssystems keinen Zugang zu der notwendigen medizinischen Versorgung. Daher bleibt oft nur die Amputation als einzige Option.

Ein Team an der Universität Manchester unter der Leitung von Paulo Bartolo, Professor für Advanced Manufacturing, hat einen provisorischen 3D-gedruckten “Knochenziegel” – bestehend aus Polymer- und Keramikmaterialien – entwickelt, um die Lücken zu füllen, die durch die Explosionsverletzungen entstanden sind. Die Bausteine lassen sich zusammenklicken, um eine adäquate Anpassung zu ermöglichen, und sind abbaubar; anschließend kann neues Gewebe um das Material herum wachsen. Wenn sich die Struktur auflöst, trägt sie die Last wie ein normaler Knochen, während sie gleichzeitig die Bildung von neuem Knochen induziert.

Die Idee zu den 3D-gedruckten Knochenbausteinen entstand, als Amer Shoaib – Facharzt für Orthopädie an der Manchester Royal Infirmary – die Universität von Manchester besuchte, um über seine Erfahrungen bei der Behandlung dieser Verletzungen bei syrischen Flüchtlingen in Lagern in der Türkei zu sprechen. “Er erzählte uns, dass in Syrien die Nachwirkungen von Explosionsverletzungen wegen der ständigen Infektionsgefahr manchmal unbehandelbar seien. Der Zusammenbruch des Gesundheitssystems hat auch dazu geführt, dass viele Behandlungen von Menschen durchgeführt werden, die eigentlich keine ausgebildeten Mediziner sind”, erklärt Bartolo.

Bartolo und seine Forscherkollegen Andy Weightman und Glenn Cooper beschlossen, zu helfen und ihr Fachwissen anzuwenden, wobei sich Bartolos akademisches Interesse auf die Biofabrikation für Tissue Engineering mit 3D-Drucken konzentrierte. Da die derzeitigen Transplantationstechniken mehrere Einschränkungen aufweisen, darunter das Risiko einer Infektion und weiterer Verletzungen, mussten Bartolo und das Team aufgrund der Art der Situation in Syrien auch andere Faktoren berücksichtigen. “Wir mussten […] in Betracht ziehen, […] die Gerüste noch kostengünstiger zu machen und in anspruchsvollen Umgebungen einzusetzen, in denen es sehr schwierig ist, mit Infektionen umzugehen”, kommentiert Bartolo.

Das Team entschied sich für den 3D-Druck als kostengünstige Lösung zur Herstellung von Knochenziegeln, die mit einer abbaubaren porösen Struktur integriert sind, in die eine antibiotische Keramikpaste injiziert werden kann. Die Knochenziegel-Prothese und -Paste verhindern nicht nur Infektionen, sondern fördern auch die Knochenregeneration und stellen während der Heilungsphase eine mechanisch stabile Knochenverbindung her. Nachdem sich das Team die Unterstützung des Global Challenges Research Fund gesichert hatte, reiste es in die Türkei, um die Prothese weiterzuentwickeln und der syrischen Flüchtlingsgemeinschaft dort zu helfen. Dabei traf es mit Akademikern, Chirurgen und medizinischen Unternehmen zusammen, die sich aus erster Hand mit den Flüchtlingen und ihren Verletzungen befasst haben. Dadurch wurde sichergestellt, dass die Form und das Design der 3D-gedruckten Knochenbausteine so genau wie möglich auf die Bedürfnisse der Ärzte an der Front abgestimmt wurden.

Das Team entwickelt auch eine Software, die es den Klinikern ermöglicht, die genaue Anzahl von Knochenbausteinen mit der spezifischen Form und Größe sowie Informationen über den Zusammenbau für einen bestimmten Knochendefekt auszuwählen. Laut Bartolo ist “die Bone Brick-Lösung viel kosteneffektiver als die derzeitigen Behandlungsmethoden”. Wir gehen davon aus, dass unsere Gliedmaßen schonende Lösung bei einer typischen Verletzung weniger als 200 Pfund betragen wird. Dies ist weitaus billiger als die derzeitigen Lösungen, die je nach Art der benötigten Prothese zwischen 270 und 1.000 Pfund kosten können”, so Bartolo.

In der Endphase des dreijährigen Projekts haben Bartolo und das Team die Knochenbausteine mittels Computersimulation evaluiert, Prototypen mittels 3D-Druck im Labor erstellt und In-vitro-Tests zur mechanischen und biologischen Charakterisierung der Bausteine durchgeführt. Der nächste Schritt sind Tierversuche, um das Gerät für die behördliche Zulassung vorzubereiten, bevor das Projekt für Versuche an menschlichen Patienten bereit ist.