Fraunhofer-Forscher entwickeln Knochenimplantat der Zukunft

Knochenimplantate aus dem 3D-Drucker sollen sich bald selbst überflüssig machen, bei Bedarf antimikrobiell wirken und in beliebiger Härte herstellen lassen.

Dass dreidimensionale Druckverfahren, also 3D-Druck, auch für die Produktion von Knochenersatzmaterial geeignet sind, ist bereits länger bekannt und wird intensiv erforscht. Wissenschaftler des Fraunhofer-Instituts für Schicht- und Oberflächentechnik IST haben nun in Kooperation mit europäischen Partnern einen entscheidenden Fortschritt vollzogen: Sie entwickelten einen Kunststoff samt zugehörigen Druckprozess, der die Knochenimplantation auf eine neue Stufe heben könnte.

Kern der Innovation ist ein Plasma-Jet-Verfahren, mit dem das gesamte Implantat von reaktiven Aminogruppen durchzogen wird. Diese sorgen dafür, dass knochenbildende Zellen besonders gut anwachsen. Bisher konnten Implantate nur mehr oder weniger von außen mit einer Aminogruppen-Beschichtung versehen werden. Indem nun nach jeder Druckschicht gleich im selben Arbeitsgang ein Aminogruppen-haltiger Plasmastrahl über den Knochenersatz geblasen wird, ist die wachstumsfördernde Substanz gleichmäßig verteilt.

„Unser Ziel ist, dass die Knochenzellen in die künstliche Struktur möglichst schnell hineinwachsen und das Implantat schließlich überflüssig machen. Es wird nach und nach durch körpereigene Enzyme abgebaut“, erklärt Dr. Jochen Borris, Geschäftsfeldleiter Life Science und Umwelt am Fraunhofer IST.

Dichte und Flexibilität steuerbar

Der verwendete Kunststoff wird in eine knochenähnliche Gerüststruktur gebracht. Wie dicht und damit wie schwer und belastbar das Knochenersatzmaterial ist, kann über die Strukturgebung beeinflusst werden. Darüber hinaus lassen sich Füllstoffe hinzufügen, die für mehr oder weniger Festigkeit sorgen – auch innerhalb eines Implantats variabel, so wie in natürlichen Knochen ebenfalls feste und poröse Bereiche vorkommen. Außerdem lässt sich das Implantat mit Medikamenten wie beispielsweise Antibiotika versehen.

„Form, Porosität, mechanische Stabilität und biomechanische Eigenschaften können wir mit unserem Verfahren hervorragend steuern und innerhalb der Implantate variieren“, betont Borris. Die Fraunhofer-Entwicklung hat gute Chancen, in einigen Jahren zum neuen Implantat-Standard zu werden.