Muss der Knochen im Körper des Menschen ersetzt werden, dann gilt es, diesen richtig an den Körper anzupassen. In der modernen Medizin geschieht das mit einem 3D-Drucker. Schwierig ist dabei die Wahl des Materials, das vom 3D-Drucker zu einem passgenauen Knochen verarbeitet werden muss. Forscher der TU Wien möchten sich dieser Herausforderung jetzt im Christian-Doppler-Labor annehmen.

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Das Forscherteam arbeitet im Christian-Doppler-Labor (CD-Labor „Advanced Polymers for Biomaterials and 3D Printing“), das am 25. Juni 2019 eröffnet wurde, am neuen Material. Das Labor wird laut einer Pressemitteilung der Universität vom Bundesministerium für Digitalisierung und Wirtschaftsstandort (BMDW) und von den Firmenpartnern KLS Martin, Lithoz und TCC unterstützt.

Knochen nicht starr und leblos

Der Knochen ist laut Stefan Baudis, dem Leiter des Labors, kein starres, lebloses Objekt. Ständig würden Knochen von bestimmten Zellen abgebaut und von anderen Zellen wieder aufgebaut werden. Darum heilen auch Knochenbrüche von selbst. Zellen werden von eigenen Blutgefäßen versorgt und der nötige Stofftransport ermöglicht.

Ist ein Knochenabschnitt beschädigt, kann dieser mit modernen bildgebenden Verfahren präzise vermessen werden. Nachdem der Knochenabschnitt am Computer ausgewählt wird, kann der 3D-Drucker ihn innerhalb weniger Stunden Schicht für Schicht aufbauen. In einer Operation wird dieser dann mit dem natürlichen Stück verklebt.

Christian Doppler Labor Baudis und Stögerer
Gemeinsam mit seinem Team arbeitet Stefan Baudis, Leiter des Labors, am Knochenersatz (Bild © TU Wien).

Hohe Anforderung an Knochengerüst und Material

Das Knochengerüst muss viele Anforderungen erfüllen. Knochenaufbauende Körperzellen müssen in eine poröse Struktur eindringen, sodass auch der Stofftransport funktioniert. Der Knochen sollte fest, aber nicht spröde sein, sonst bricht er zu schnell. Der Körper muss ihn nach einiger Zeit abbauen, damit er durch natürliche Knochen ersetzt werden kann. Calciumphosphat soll helfen, Partikel in Knochenmaterial umzuwandeln.

Zudem ist es wichtig, dass das Material 3D-Druck-tauglich ist. Erst in flüssigem Zustand (bei Raumtemperatur) verändert es sich, wenn passende Wellenlängen an das Material gelangen. Eine chemische Kettenreaktion härtet die bestrahlten Stellen des Materials aus. Die Forscher der TU Wien arbeiten derzeit an den passenden Materialgemischen, die all diese Anforderungen erfüllen. Ein neues 3D-Druckverfahren wird auch entwickelt.

Die Berliner Charité bewies im letzten Jahr, dass dank 3D-gedruckter Titan-Mesh-Implantate die Knochenregeneration optimiert werden kann. Das Industrial Technology Research Institute (ITRI) in Taiwan hatte bereits im letzten Jahr angekündigt, Knochenimplantate aus dem 3D-Drucker auf den chinesischen Markt bringen zu wollen. Eine Übersicht aller Entwicklungen zu dem Thema bietet unsere Themenseite „Knochen aus dem 3D-Drucker“ und regelmäßig neu der 3D-grenzenlos Magazin Newsletter (hier abonnieren).

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