3D-Druck: Forschungsprojekt ELAINE entwickelt bioaktive Knochenimplantate

Unsere Knochen haben sehr gute Selbstheilungskräfte und wachsen bei Brüchen meist problemlos wieder zusammen. Bei großen Defekten, etwa durch Tumore, gelangen sie an Grenzen. Oft werden dann Implantate aus Titan eingesetzt, die die Stütz- und Schutzfunktion der beschädigten Knochen übernehmen. Auch die Entnahme und Verpflanzung von Knochenmaterial aus anderen Körperteilen ist in solchen Fällen üblich. Allerdings schafft man durch diese Verpflanzung absichtlich eine zweite Verletzung im Körper und Titan-Implantate können sich lockern. Zudem ist Titan nur schwierig an den Körper anzupassen.

Das von der Deutschen Forschungsgemeinschaft finanzierte Projekt ELAINE (ELektrisch Aktive ImpaNtatE), an dem außer der Universität Rostock auch noch Universitäten in Nürnberg, Greifswald, Leipzig und Mainz beteiligt sind, entwickelt bioaktive Knochenimplantate, die mittels 3D-Druck hergestellt werden. Dadurch ist die Anpassung an die jeweiligen körperlichen Gegebenheiten deutlich einfacher, etwa die Herstellung passgenauer Schädelteile.

Bioaktives Implantatmaterial als Ziel

Aber die Passform steht nicht im Vordergrund der von Professor Dr. Hermann Seitz geleiteten Forschungsarbeit. Schwerpunkt ist die Bioaktivität des Implantatmaterials. Es ist piezoelektrisch aktiv, gibt also bei Druckbelastung elektrische Signale ab, wie dies auch natürliche Knochen machen. Diese Signale regen das Zellwachstum des umgebenden Gewebes an, so Christian Polly, Doktorand am Lehrstuhl für Mikrofluidik. Dadurch soll die Heilung der mit solchen Implantaten versorgten Verletzungen verbessert werden.

Für den piezoelektrischen Effekt sorgt eine dem 3D-Druck-Material beigefügte Keramik aus Bariumnitrat zusammen mit bioaktiven Gläsern. Im Kontakt mit Körperflüssigkeiten setzt dieses Material Ionen frei und entwickelt so seine bioaktive Wirkung. Der 3D-Druck erfolgt per Lichtaushärtung. Anschließend wird in einem thermischen Verfahren noch gesintert. Aufgrund dieser Methode sind die Implantate steril.

„Wir testen bereits erfolgreich mit Simulationskammern, in denen der Druck in einem Organismus naturgetreu nachgeahmt werden kann“, so Seitz von der Uni Rostock. „Wir wollen ein Implantat haben, das auf mechanische Reize piezoelektrisch reagiert und gleichzeitig bioaktiv ist.“ Ziel ist, das umgebende Körpergewebe dazu zu bringen, mit dem Implantat zu verwachsen bis hin zur Bildung von Blutgefäßen. Die eingesetzten Teile können dann auf Dauer im Körper bleiben.

(hgb)