Knochen aus dem Drucker

Physik-Journal - Ein neues Verfahren erzeugt Implantate, in die sich Signalstoffe für das Zellwachstum einlagern lassen.

Bestimmte Implantate in der Medizin, z. B. für den Schädel, bestehen aus porösen Kalziumphosphat-Keramiken. Diese Materialien haben den Vorteil, dass sie eine Einheit mit dem vorhandenen Gewebe bilden, also auch Blutgefäße in die Implantate hineinwachsen.

Zwei Verfahren erlauben es heute, solche Implantate individuell für Patienten herzustellen: Lasersintern, wie es im schnellen Prototypenbau zum Einsatz kommt, und die Aushärtung von Kalziumphosphat-Zement in Negativformen. Beide Methoden haben jedoch Nachteile: Beim Lasersintern entstehen so hohe Temperaturen, dass bioaktive Ionen und Moleküle, die als Signalstoffe für das Zellwachstum dienen sollen, zerstört werden. Die Negativformen erfordern dagegen viele, aufwändige Arbeitsgänge. Ein deutsch-kanadisches Wissenschaftlerteam der Universitäten Erlangen, Würzburg, McGill (Montreal) und Laval (Quebec) hat nun Implantate mit einem neuen Verfahren hergestellt.

Abb.: Dank CT-Daten kann man wirklichkeitsgetreu Schädel aus Keramiken drucken. (Quelle: J. E. Barralet)

Die Forscher nutzen dazu einen kommerziellen 3D-Pulverdrucker. Als Pulver verwenden sie verschiedene Kalziumphosphate, als Flüssigkeit Phosphorsäure. Zunächst trägt das Gerät das Kalziumphosphat als ca. 100 μm dicke Lage im Druckbereich auf, dann spritzt der Druckkopf die Phosphorsäure auf die Schicht. Dabei entsteht eine Keramik, die nach acht bis zwölf Sekunden abgebunden hat und anschließend chemisch gehärtet wird. Alle Arbeitsschritte finden bei Raumtemperatur statt. So erzeugen die Wissenschaftler schichtweise Implantate, die sie aufgrund von realen Computertomographiedaten konstruiert haben.

Mit dem Verfahren können dreidimensionale Geometrien gedruckt werden, deren Porenstrukturen sich mit eingelagerten Signalstoffen modifizieren lassen. Die so erzeugten Muster erfüllen alle Anforderungen hinsichtlich Stabilität und Resorption. Ihre Festigkeit übertrifft die von gesinterten Biokeramiken, reicht aber nicht für Hüft- und Knieprothesen. Ein mögliches Einsatzgebiet wären Implantate für das Gesicht, da hierfür sehr filigrane Strukturen zu modellieren sind.

Quelle: Physik Journal, Mai 2006, S. 18

Weitere Infos:

• Originalveröffentlichung:
  U. Gbureck et al., Adv. Mater. 19, 795 (2007).
  http://dx.doi.org/10.1002/adma.200601370