Vielversprechender Knochenersatz aus dem 3D-Drucker

Die Entwicklung des optimalen Knochenersatzmaterials stellt nach wie vor eine Herausforderung dar.

Bisherige Knochenimplantate weisen Defizite im Hinblick auf ihre Fähigkeit, die Erneuerung von Knochengewebe anzuregen, sowie ihre chirurgische Praktikabilität auf. Eine Forschungsgruppe aus den USA entwickelte nun ein neues Biomaterial, aus dem mithilfe eines 3D-Druckers schnell und patientenindividuell Knochenimplantate hergestellt werden können, die die körpereigene Knochenregeneration unterstützen.

Das innovative, hyperelastische Biomaterial besteht zu 90 % aus Hydroxylapatit, einem natürlichen Knochenbestandteil. Die übrigen 10 % bildet ein bioabbaubares Polymer, also eine chemische Verbindung, die aus mehreren gleichartigen Einheiten (Monomeren) besteht. Aus diesem Material hergestellter „Knochen“ weist eine hohe Elastizität auf und kann in Form und Größe individuell auf den Patienten abgestimmt werden.

Darüber hinaus ist im Gegensatz zu Materialien, die Keramik beinhalten, eine intraoperative Anpassung möglich.

Aussichtsreiche Untersuchungsergebnisse
In Zellkulturexperimenten konnte beobachtet werden, dass das Material das Überleben und die Vermehrung von Stammzellen sowie deren Differenzierung in Knochenzellen fördert. Die Differenzierung erfolgte ohne die Zugabe von Faktoren, die üblicherweise die Entwicklung von Knochenzellen induzieren.

Anhand von Untersuchungen an Mäusen und Ratten wurde eine hohe Biokompatibilität nachgewiesen. Zudem zeigte der Fallbericht eines Rhesusaffen eine schnelle Integration des Implantats in das Gewebe sowie eine Unterstützung des Knochenwachstums, ohne dass eine negative Immunantwort hervorgerufen wurde. Diese vielversprechenden Ergebnisse wurden kürzlich in der Fachzeitschrift Science Translational Medicine publiziert und müssen nun durch weitere Untersuchungen gestützt werden.

Insbesondere für Kinder ein großer Fortschritt
Bei Kindern sind Knochenimplantate besonders kritisch: Wird ein dauerhaftes Implantat verwendet, sind infolge des Wachstums des Kindes weitere Operationen notwendig. Aus diesem Grund könnte das neue Biomaterial gerade für Kinder eine erhebliche Verbesserung bedeuten.

Bevor dieses vielversprechende, synthetische Material jedoch beim Menschen zum Einsatz kommen kann, müssen zunächst weitere tierexperimentelle Studien durchgeführt werden.

Quelle:
beipress.de

Originalpublikation
Jakus AE, Rutz AL, Jordan SW, et al. Hyperelastic “bone“: A highly versatile, growth factor-free, osteoregenerative, scalable, and surgically friendly biomaterial. Sci Transl Med. 2016 Sep 28;8(358):358ra127. doi: 10.1126/scitranslmed.aaf7704