Dokument 1.pdf (4.979 KB) - RWTH Aachen University
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Interdisziplinäre<br />
Forschungsstrate gien<br />
aus dem Bereich der<br />
Biomaterialforschung<br />
stoffe zu funktionalisieren. Zum<br />
Beispiel werden in einem grösseren<br />
Verbundprojekt in Koope -<br />
ration mit Forschungspartnern<br />
die Cal ciumphosphatoberflächen<br />
mit spezifischen Proteinen<br />
beladen, um so den Knochenauf -<br />
bau zur Regeneration des Defektes<br />
zusätzlich zu stimulie ren.<br />
Bei größeren Defekten ist es zu -<br />
dem von entscheidender Bedeutung,<br />
dass ein Einspros sen neuer<br />
Gefäße in den Defekt be reich<br />
stattfindet, damit neugebildete<br />
Knochensubstanz nachhaltig<br />
versorgt werden kann. Auch einige<br />
der spezifischen Weichgewebefaktoren,<br />
die der Körper<br />
bei der Neubildung von Gefäßen<br />
ausschüttet, können heute<br />
isoliert und in aufbe reiteter<br />
Form zum Einsatz für intelli -<br />
gente Knochenersatzwerkstoffe<br />
Bild 2: Skaliertes Schädelsegment<br />
als Knochenersatz-Anschauungsobjekt,<br />
hergestellt<br />
mit tels pulver bett-basierter<br />
3D-Drucktechnik.<br />
Quelle: Zahnärztliche Werkstoffkunde<br />
und Biomaterialforschung<br />
ZWBF, Uni -<br />
versitätsklinikum <strong>Aachen</strong><br />
genutzt werden. Dies zeigt,<br />
dass es zielführend ist, wenn als<br />
Knochenersatz „intelligent“ gestaltete<br />
organisch-anor ganische<br />
Verbundwerkstoffe eingesetzt<br />
werden. Nur im Zusammenspiel<br />
von degradierbarer anorganischer<br />
Matrix auf der einen Seite<br />
und organischen Zellinhaltsstoffen<br />
auf der anderen, welche die<br />
Knochenneubildung im Defektbereich<br />
und die Blutgefäßeinsprossung<br />
sti mulieren, kann<br />
Knochenersatz im Sinne der<br />
regenerativen Therapie erfolgreich<br />
sein.<br />
Intelligente<br />
3D-Fertigungsverfahren<br />
Kleinere Defekte können heute<br />
somit durch solche organischanorganische<br />
Verbundmateria -<br />
lien erfolgreich versorgt werden.<br />
Bei größeren Defekten ist<br />
es jedoch nicht unproblematisch,<br />
die in Granulatform oder<br />
pastös dargereichten Knochenersatzmaterialien<br />
zu verwenden,<br />
da eine bleibende Formgebung<br />
mit Granulaten und<br />
Pasten nicht zu erreichen und<br />
zudem die daraus resultierende<br />
Primärstabilität der gefüllten<br />
Defektzone sehr gering ist. Aus<br />
diesem Grund arbeiten ver -<br />
schiedene Forschergruppen<br />
weltweit an so genannten generativen<br />
Ferti gungsverfahren.<br />
Mit Hilfe dieser Verfahren können<br />
dreidimensionale Strukturen<br />
Schicht für Schicht aufgebaut<br />
werden.<br />
Bei dem so genannten pulverbettbasierten3D-Druckverfahren<br />
wird ein geeigneter Binder<br />
mittels Tintenstrahltechnologie<br />
in ein Calciumphosphat-<br />
Pulverbett gedruckt. Auf die<br />
gebun dene Pulverlage wird die<br />
nächste Pulverschicht appliziert<br />
und mittels verdruckten Binders<br />
gebun den. Schicht für Schicht<br />
kann so ein dreidimensionales<br />
Gerüst, ein so genannter Scaffold,<br />
hergestellt werden. Die<br />
dreidimensionale Form eines<br />
solchen Scaffolds wird dabei<br />
anhand der Daten generiert,<br />
die zuvor mittels klini scher<br />
Computertomografie-Technik<br />
vom zu versorgenden Knochende<br />
fekt ermittelt worden<br />
sind, siehe Bild 2.<br />
Biomimetisch aufgebaute<br />
Mikrostrukturen<br />
Menschlicher Knochen besitzt<br />
eine komplexe Mikrostruktur.<br />
Dies zeigt sich bereits im trabe -<br />
kulären, also balkenartigen<br />
Aufbau der so genannten<br />
Spongiosa, des schwammarti-<br />
gen Inneren eines großen<br />
Röhrenknochens wie beispielsweise<br />
des Oberschenkelknochens.<br />
Um bei innovativen<br />
Knochenersatzimplantaten<br />
nicht nur eine individuelle<br />
Außenkontur durch generative<br />
Fertigungsverfahren umzusetzen,<br />
sondern zusätzlich auch eine<br />
spongiosa-ähnliche Mikro -<br />
struktur zu realisieren, werden<br />
werkstofftech nische Verfahren<br />
eingesetzt. So ist es möglich,<br />
bei mine ralischen Knochenersatzwerkstoffen<br />
Mikrostrukturen<br />
durch spezielle Oberflä chenbe -<br />
handlungen zu erzeugen. Durch<br />
einen sol chen biomimetischen<br />
Ansatz, also durch die Nachahmung<br />
der Natur, können Morphologien<br />
auf der Mikroskala erzeugt<br />
werden, die dem natürlichen<br />
Vorbild des spongiösen<br />
Knochens bereits sehr nahe<br />
kommen, siehe Bild 3.<br />
Bild 3: Biomimetisch, also dem<br />
natürlichen Vorbild des spongiösen<br />
Knochens nachempfundener,<br />
mi krostrukturierter mineralischer<br />
Knochenersatzwerkstoff.<br />
Quelle: Zahnärztliche Werkstoffkunde<br />
und Biomate rialforschung<br />
ZWBF, Universitätsklinikum<br />
<strong>Aachen</strong>
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