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Ersatz aus dem 3D-Drucker

Künstliche Knochen wurden im Körper von Tieren angenommen und ausgebildet.

04.11.2016 • 0 Kommentare

Dass jeder Mensch ein Unikat ist, ist eine Binsenweisheit. Daher ist niemand eins zu eins zu ersetzen. Ersetzbar sind allenfalls Einzelteile an und in einem Menschen.

Dieser Ersatz - z.B. von Knochen nach einem Unfall oder einer Operation - ist jedoch eine schwierige Sache. Fehlende Körperteile wurden von Orthopäden bisher durch den sogenannten Autograft kompensiert. Dabei handelt es sich um eine Methode, bei der dem Patienten Knochen aus anderen Knochenteilen des Skeletts entnommen werden. Ein menschlicher Unterkiefer etwa kann aus einem Stück des Beckenkamm geformt werden.

Eine neue Methode der Knochenkompensation sorgt nun für Aufmerksamkeit: Ersatzteile aus dem 3D-Drucker sollen nach einem Trauma künftig körperliche Defekte ersetzen. Dazu haben US-amerikanische Ingenieure um Ramille Shah von der Northwestern Universität in Chicago ein elastisches Ersatzmaterial entwickelt, das sich noch während der Operation formen lässt. In ersten experimentellen Studien an Tieren wurde der künstliche Knochen vom Körper angenommen und langfristig mit dem echten Knochen verbaut. Die Ergebnisse sind jedoch nicht in allen Fällen funktionell und unter kosmetischen Gesichtspunkten häufig nicht zufriedenstellend.

Basis des neuartigen Verfahrens ist ein sogenannter hyperelastischer Knochen (HB), den Materialforscher der Northwestern Universität entwickelt haben. Er besteht zu 90 Prozent aus Hydroxylapatit. Dieses Material bildet im natürlichen Knochen die Grundlage der Hartsubstanz. Die restlichen zehn Prozent stammen aus Polycaprolacton, einem biologisch abbaubaren Kunststoff. Dazu kommt ein Lösungsmittel, das jedoch nach dem Drucken im dreidimensionalen Verfahren verdunstet.

Das HB-Material lässt sich in einem handelsüblichen 3D-Drucker beliebig modellieren, am besten zu einem mit Luftkammern versehenen Netzwerk. Mit einer Druckgeschwindigkeit von bis zu 275 cm3 pro Stunde könnte also noch am Tag der Operation ein passendes Implantat im 3D-Verfahren produziert werden.

Das HB-Material besitzt ferner Eigenschaften, die das Herz eines jeden Chirurgen höher schlagen lassen: Es ist nicht nur formbar, sondern kann auch mit einem Messer geschnitten und mit Nadeln durchstochen werden. Dadurch lässt es sich selbst bei minimalinvasiven Eingriffen einsetzen und ohne Komplikationen mit dem benachbarten Gewebe verbinden.

Die Versuchsmäuse der Forscher haben den Test für die Biokompatibilität des Materials erfolgreich bestanden: Sie wiesen nach subkutaner Implantation des künstlichen Knochens keine Immunreaktion auf. Ferner war der 3D-Knochen bereits nach 35 Tagen fest mit seiner Umgebung im tierischen Körper verbunden. Die Zwischenräume des porösen Gewebes wurden von Blutgefäßen so durchdrungen und mit Zellen gefüllt, dass nach Auflösung des Kunststoffs und mit Hilfe von Hydroxylapatit ein körpereigener Knochen heranwuchs.

Das nächste tierische Experiment von Shah und ihrem Team war eine spinale Fusionsoperation. Dazu wurden die Querfortsätze zweier Lumbalwirbel über ein HB-Implantat miteinander verbunden. Eine entsprechende Knochenbrücke war nach vier Wochen nachweisbar und nach weiteren vier Wochen stabil genug.

Abschließend haben die experimentierfreudigen Wissenschaftler einen Defekt in der Schädelkalotte eines Rhesusaffen durch HB-Material ersetzt. Bereits nach vier Wochen war das Implantat mit den umgebenden Knochen verwachsen.

Klinische Studien an Menschen sind allerdings vorerst nicht geplant.

NUR / physio.do

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