Knochenersatz aus dem 3D-Drucker

Knochenteile, die aufgrund von Verletzungen oder Krankheiten wie Krebs verlorengegangen sind oder chirurgisch entfernt werden mussten, lassen sich künftig mit einem neuartigen porösen Material ersetzen, das die Fehlstelle exakt verschließt. Es wird im 3D-Druckverfahren passgenau und individuelle hergestellt. Entwickelt worden ist es von Forschern des Labors für Bioengineering und Biomaterialien der katholischen Universität Valencia. Es handelt sich um ein Gerüst aus Polymilchsäuren (PLA), also natürlichen Polymeren, die nach einer gewissen Zeit vom Körper abgebaut werden.

Knochenersatzmaterial gibt es bereits, doch es ruft häufig Infektionen hervor, die den Vorteil ins Gegenteil verkehren und den gesunden Restknochen noch stärker schädigen. Die spanischen Forscher verhindern das, indem sie Natriumalginat infundieren lassen und zusätzlich Quellen für die Emission von Kalzium- und Zinkkationen einbringen. Dieser Mix verhindert Infektionen. Gleichzeitig ist das Material so porös, dass Knochenzellen hineinwachsen und das künstliche Material mit der Zeit ersetzen können. Die amerikanische Zulassungsbehörde Food and Drug Administration hat sowohl die PLA- als auch die Alginatpolymere für den Einsatz an Menschen genehmigt.

Die Forscher haben das neue Material erfolgreich an Kaninchen getestet. Bei einem Vergleichstest mit Gerüsten, die nicht mit antibakteriellen Stoffen ausgerüstet waren, erwies sich das neue Material als höchst überlegen. Es zeigte antibakterielle Aktivität gegen grampositive Methicillin-resistente Staphylococcus epidermidis, die zu den sogenannten Krankenhauskeimen gehören, und Gram-negative Pseudomonas aeruginosa, die Lungenentzündungen auslösen können, während die Kontrollgerüste den beiden getesteten mikrobiellen Spezies nicht widerstehen konnten.

Ideal für die Knochenregeneration

Die physikalischen Eigenschaften der Gerüste haben die Forscher durch eine Reihe von Analysen mit neuesten Techniken wie Feldemissions-Rasterelektronenmikroskopie, Fourier-Transformations-Infrarotspektroskopie, Wasserabsorption, Porositätsmessungen und Kompressionstests im trockenen und gequollenen Zustand bei Körpertemperatur belegt. "Ihre überlegenen Eigenschaften für das Wachstum von Knochenzellen, ihre Wasseraufnahme sowie ihre osteoinduktiven und antibakteriellen Aktivitäten machen sie zu vielversprechenden Kandidaten für die Knochengeweberegeneration", schreibt das Team in ACS Applied Materials & Interfaces, herausgegeben von der American Chemical Society. (pte)

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