Durch Traumata, Krebs oder Infektionen geschädigte Knochen können oft nicht mehr gerettet werden. Eine Amputation ist dann unausweichlich. Die Berliner Charité hat in umfassenden Tests nachgewiesen, dass 3D-gedruckte Titan-Mesh-Gerüste die Regeneration der Knochen unterstützen können.

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Knochendefekte und -verletzungen sind in der Medizin ein heikles Gebiet. Sind Körperteile aufgrund einer Infektion, Krebs oder eines Traumas beschädigt, müssen sich die Patienten oft einer Amputation unterziehen. Bisher konnte Knochengewebe, das über einen bestimmten Punkt beschädigt wurde, nicht nachwachsen oder stabilisiert werden. Es wurden maßgeschneiderte Knochentransplantate aus dem eigenen Knochengewebe des Patienten hergestellt, obwohl die Aussicht auf Heilung gering war.

3D-gedruckte Titan-Mesh-Gerüste

Titan-Mesh-Gerüste aus dem 3D-Drucker sind eine potentielle Lösung für diese medizinische Herausforderung. Die Implantate ermöglichen und fördern die natürliche Knochenregeneration. Ein Team vom Zentrum für Muskuloskelettale Chirurgie der Charité in Berlin hat gezeigt, dass maßgeschneiderte 3D-gedruckte Gerüste zur Behandlung großer Knochendefekte entworfen und hergestellt werden können. Ein CT-Scan der Knochen des Patienten hilft dabei, ein 3D-Modell des defekten Knochens zu erstellen. Bereits bei der Entfernung von Kiefertumoren setzt das älteste Krankenhaus der Berlins auf die Unterstützung des 3D-Drucks.

Titan Mesh Implantate
3D-gedruckte Titan Mesh Implantate fördern die Regeneration des Knochens (Bild © Julius Wolff Institut/Charité).

Das passgenaue Gerüst wird dreidimensional modelliert und anschließend mit einem Lasersinter-3D-Drucker aus Titan additive hergestellt. Das fertig gedruckte Titanimplantat zeichnet sich durch seine poröse Struktur aus. Diese ist so konstruiert, dass kleine Kanäle gebildet werden, die die Knochenregeneration entscheidend fördern und führen. Ärzte können so das Implantat mit Knochengewebe, Wachstumsfaktoren und Knochenersatzmaterial des Patienten füllen. Die 3D-gedruckten Gitterstrukturen wurden mechanisch optimiert, um den Heilungsprozess weiter zu verbessern.

Dr. Anne-Marie Pobloth, Tierärztin am Julius-Wolff-Institut der Charité, erklärte: „Wir haben mit der Computermodellierung begonnen, um ein Gerüst in Standardgröße mechanisch zu optimieren. Mit einem großen Tiermodell konnten wir die tatsächlichen Auswirkungen auf die Knochenregeneration untersuchen. Da der Prozess der Knochenregeneration dem des Menschen sehr ähnlich ist, konnten wir Rückschlüsse auf die Knochenheilung beim Menschen ziehen.“

Die Forscher fanden heraus, dass sie die Steifheit des Implantats verändern konnten, indem sie den Durchmesser der Streben der Wabenstruktur änderten, wodurch sie die Wirksamkeit unterschiedlich starker Steifheiten testen konnten.

Dank hervorragender Ergebnisse weitere Einsatzgebiete geplant

„Wir gingen davon aus, dass das Knochenwachstum je nach Steifigkeit des implantierten Gerüsts variieren würde“, sagte Dr. Georg N. Nuda, Direktor des Julius Wolff Zentrums für Biomechanik und Muskel-Skelett-Regeneration. „Um die Auswirkungen mechanischer Stimulation während des Knochenregenerationsprozesses zu untersuchen, haben wir daher vier Testgruppen verwendet, die Implantate unterschiedlicher Steifigkeit erhielten.“ 

Die Ergebnisse dieser Tests zeigten, dass weichere Implantate die Knochenregeneration besser förderten. Der Traumachirurg PF Dr. Philipp Schwabe erklärte in einer Pressemitteilung der Charité, dass die Röntgenaufnahmen bereits nach drei Monaten zeigten, dass weiche Implantate ein schnelleres Knochenwachstum als Reaktion auf erhöhte mechanische Stimulation als steifere Implantate hervorriefen.

Einsatzgebiet von 3d gedruckten Titan Mesh Implantaten wird ausgeweitet
Das Einsatzgebiet der Titan-Mesh-Implantate soll ausgeweitet werden (Bild © Zentrum für Muskuloskeletale Chirurgie / Charité).

Es wurde deutlich, dass die biomechanischen Eigenschaften der 3D-gedruckten Implantate (mehr zum 3D-Druck von Implantaten) einen direkten Einfluss auf die Knochenbildung und die Qualität des regenerierten Knochens haben. Das Team arbeitet nun an der Entwicklung von Titangittergerüsten, die sie im Bereich der Mund-, Kiefer-, Gesichts- und Wirbelsäulenchirurgie einsetzen konnten. Bisher wurden im Charité-Zentrum für Muskuloskeletale Chirurgie insgesamt 19 Patienten maßgeschneiderte 3D-gedruckte Knochenimplantate implantiert.

Es zeigt sich immer wieder, dass der 3D-Druck ein Segen für die Medizin ist. Vor kurzem wurde erstmals ein 3D-gedrucktes Schultergelenk implantiert. Wenn es Neuigkeiten zu den Titan-Mesh-Implantaten gibt, werden wir darüber berichten. Abonnieren Sie unseren Newsletter und bleiben Sie auf dem Laufenden.

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