Marine Mineralien für Knochenimplantaten aus dem Drucker

Knochenschäden einer kritischen Größe oder Komplexität entstehen beispielsweise durch Unfälle, Tumorerkrankungen oder Infektionen. Sie können mit herkömmlichen Osteosyntheseverfahren oft nicht ausreichend behandelt werden. 

Die klinische Rekonstruktion der Knochendefekte durch operative Verfahren und patienteneigenes Knochenmaterial ist häufig sehr komplex bzw. geeignetes Knochen(ersatz)material ist limitiert verfügbar. Alternative Behandlungsmethoden in Verbindung mit neuen Materialien und 3D-Drucktechnologien zur Herstellung patientenspezifischer Implantate gewinnen daher zunehmend an Bedeutung.  

Ziel des Projekts „MarMiBone” ist die Entwicklung individualisierter, biomimetischer Knochenimplantate, die mittels 3D-Drucktechnologien hergestellt werden. Im Vordergrund des Projekts stehen digital unterstützte Arbeitsprozesse zur Optimierung des Implantat-Designs, die von CT-Bilddatensätzen von Patient:innen, die von einem solchen Ansatz profitieren könnten, ausgehen. Wichtige Kriterien für das Implantatdesign sind die individuelle Anpassung des Implantats an den Knochendefekt sowie eine innere Struktur, die die mechanische Stabilität oder das Einwachsen von neuem Gewebe ermöglicht.  

Für die Herstellung der Implantate werden verschiedene 3D-Druckverfahren eingesetzt. Dazu zählen auch Biodruckverfahren, mit denen sich vitale Zellen oder bioaktive Substanzen während des Druckprozesses integrieren lassen. Durch den Einsatz von marinen Mineralien, wie aus Algen gewonnenen Calciumphosphaten, in den gedruckten Konstrukten soll der Heilungsprozess aktiv unterstützt werden. Je nach Druckverfahren werden Calciumphosphate dazu mit anderen Strukturpolymeren kombiniert. 

Die präklinische Evaluierung der Biokompatibilität und Funktionalität der Implantate erfolgt durch verschiedene Testverfahren z.B. in in vitro‑Modellen mit humanen Zellen, in ex vivo‑Modellen mit humanem Knochengewebe bis hin zu Tierstudien. Dabei werden u.a. die mechanische Stabilität, sowie mögliche Auswirkungen auf die Gewebereaktion im Sinne der Biokompatibilität oder möglichen Entzündungsverhalten systematisch geprüft. 

Mit MarMiBone entsteht ein technologisch anspruchsvoller Ansatz, der marine Mineralien, computergestützte Implantatplanung und fortgeschrittene 3D‑Druckverfahren kombiniert. Durch die im Projekt in Zusammenarbeit mit den behandelnden Chirurgen entwickelten patientenspezifischen Implantate, sollen langfristig die Behandlung komplexer Knochendefekte verbessert und technologische Grundlagen für zukünftige klinische Anwendungen geschaffen werden.