Australische Forscher forcieren den 3D-Druck von Knochen

An der Universität von Sydney forschten Wissenschaftler unter der Leitung von Professor Hala Zreigat die letzten drei Jahre daran, wie man Knochenmaterial mit Hilfe der 3D-Druck-Technolgie einfach und effizient herstellen kann. Nun gelang es den Forschern, synthetisches Knochenmaterial zu drucken.

Knochen sind sehr speziell

Ein Knochen künstlich herzustellen, ist mit naturgegebenen Schwierigkeiten verbunden. Ein Knochen besteht zu 25 Prozent aus Wasser und weiteren organischen Stoffen, etwa Proteine sowie anorganischen Stoffen. Dazu zählen Eisen, Kalzium, Magnesium, Phosphor, Kalium, Natrium, Chlor und Fluor. Zudem entstehen im Knochenmark die Blutzellen.

Die äußere Umhüllung eines Knochens ist sehr fest, doch im Inneren befindet sich eine löchrige und fasrige Struktur. Genau deswegen sind Knochen zwar fest und verleihen dem Skelett eine flexible Stabilität, doch gleichzeitig sind sie sehr zerbrechlich.

In dieser Zusammensetzung verbirgt sich die Schwierigkeit, einen Knochen künstlich herzustellen. Somit lag die Herausforderung für die Forscher in der Frage, wie sie einen künstlichen Stoff so herstellen können, dass er zwar eine gewisse mechanische Stärke aufweist, aber es dennoch möglich ist, dass sich Blutzellen durch die Struktur bewegen können.

Keramik – die Knochen der Zukunft?

Bereits in den 1970er Jahren wurden erste Implantate aus Keramik hergestellt. Damals diente ein solches Implantat als Zahnersatz, doch es zeigte sich recht schnell, dass das Material den mechanischen Belastungen auf Dauer nicht standhielt.

Doch so schnell verschwand Keramik nicht aus den Köpfen der Wissenschaftler. Ein Unternehmer in Ostthüringen stellt Implantate aus Zirkonkeramik für kleinere Knochendurchmesser wie etwa die Zehen, Finger- und Handgelenke mit großem Erfolg her.

Doch die Produktion ist aufwendig und zeitraubend, was wiederum die 3D-Druck-Technologie ins Spiel bringt. Das australische Forscherteam rund um Hala Zreigat entwickelte in gemeinschaftlicher Zusammenarbeit mit dem Shanghai Ninth Peoples Hospital eine spezielle Methodik, um der individuellen Knochenstruktur der Patienten gerecht zu werden. Dazu verwenden die Wissenschaftler einen Keramikmantel, da dieser eine hundertfach stärkere Belastungsgrenze aufweist, als bisher verwendete Materialien.

Die Regeneration soll angekurbelt werden

Das verwendete Keramik zeigt eine Vielzahl positiver Eigenschaften, die für die Herstellung künstlicher Knochen unabdingbar sind. Eine davon ist der Aspekt, dass das Keramik die Regeneration von neuen Knochenzellen unterstützt, was dazu führt, dass sich neues Knochengewebe bildet und das durch den 3D-Druck künstlich hergestellte Knochenmaterial nach und nach ersetzt. Zudem zeigten verschiedene Tests, dass das Keramik keine Abstoßungsprozesse nach sich zieht, der Körper nimmt das fremde Material sozusagen gut an. Diese Tatsachen lassen darauf schließen, dass es vielleicht schon in 10 Jahren möglich sein wird, Knochen aus dem 3D-Drucker in den menschlichen Körper zu implantieren.

[Bildquelle / Copyright Hospital Sant Joan de Deu]