Knochen aus dem 3D-Drucker
Regenerative Biokeramiken mit Schwammstruktur für zahnmedizinische Kieferknochen
In der Bundesanstalt für Materialprüfung in Berlin wird ein Verfahren entwickelt, mit dem es künftig möglich sein wird, individualisierte Knochenteile für den chirurgischen Einsatz aus Druckern zu erzeugen. Erforderlich dafür ist ein bioaktiver, regenerativer Keramikwerkstoff, ein 3D-Drucker für die Bearbeitung dieses Keramikmaterials und eine Software, mit der sich die poröse Struktur von Knochenteilen auf der Basis einer Schwammstruktur individuell optimieren lässt.
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Als Keramikmaterial dient die neueste Generation der resorbierbaren Biokeramiken. Dieses Material kann im Körper abgebaut werden und verhält sich zudem bio-aktiv. Das heißt: Das Material regt das Zellwachstum im Körper an und löst so Reparaturmechanismen des Organismus aus. Dieser Werkstoff ist für den Einsatz in der regenerativen Medizin geradezu prädestiniert. Seit kurzem werden Granulate aus diesem Material in der Kieferchirurgie eingesetzt. So lassen sich beispielsweise leicht geschädigte Kieferknochen in Grenzen reparieren.
Auf dieser Grundlage entwickelte die Bundesanstalt für Materialprüfung BAM nun einen neuen Werkstoff für Skelettteile aus Keramik, der für den Einsatz in 3D-Druckern zum Einsatz kommt. Für den Einsatz des Keramikmaterials mussten die für das Projekt eingesetzten 3D-Drucker modifiziert werden, da Keramik heute kein üblicher Werkstoff für sie ist. Die Prüfung der biologischen Verträglichkeit und der bioaktiven Wirkung des Keramikmaterials muss für den Zulassungsprozess getestet werden. Hierzu arbeitet die BAM mit der Universität Marburg zusammen; dort wird das Material bereits in Tierversuchen an Mäusen, Ratten und Schafen getestet.
Wesentlich für das neue Verfahren ist jedoch auch die Software, mit der der Schichtaufbau des Keramikmaterials im Drucker gesteuert wird. Heutige Hüftgelenke nutzen für die Nachbildung der Knochenstruktur die sogenannte Standardgeometrie, ein Raster, das der porösen Knochenstruktur nur in sehr grober Annäherung nachempfunden ist. Demgegenüber dient der Projektleiterin Cynthia Gomes in der BAM als Basis eine poröse Schwammstruktur. Mit Hilfe einer speziellen Software des Kooperationspartners Technion aus Israel ist es zudem möglich, diese Schwammstruktur mit realen Daten der Knochenstruktur von Patienten aus Computer-Tomographen zu modifizieren. Die damit hergestellten Knochenteile zeigen dadurch im menschlichen Körper wesentlich bessere Verträglichkeit.
Erstsendung: Mai 2013
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