3D-Druck von Knochenersatz
Die erstaunliche Eigenschaftenkombination, die natürlicher Knochen aufweist, liegt vor allem an einer hierarchischen Anordnung von weichem Kollagen-Protein und starrem Hydroxyapatit-Mineral. Trotz des bedeutenden Bedarfs an verbessertem Knochenersatzmaterial ist das Replizieren der Struktur, Funktion und Eigenschaften echten Knochens recht kompliziert. Die Nutzung von Materialien, die nicht schädlich für lebendes Gewebe sind, ist eine weitere Herausforderung für eine bereits schwierige Aufgabe. Die EU-finanzierten Forscher, die am Projekt VINDOBONA (Vinyl photopolymer development of bone replacement alternatives) arbeiten, haben spezielle Materialien entwickelt, die alle Anforderungen erfüllen und von einem 3D-Drucker geformt werden können. Das Team wählte aufgrund ihrer im Vergleich zu konventionellen Akrylaten besonders geringen Zytotoxizität fotoreaktive Vinyl-Carbonate und Vinylester als Monomere aus. Ihre relativ geringe Reaktionsfähigkeit im Vergleich zu Akrylaten wurde durch Hinzufügen von Thioalkoholen überwunden. Darüber hinaus sind ihre Abbauprodukte von der US-amerikanischen Arzneimittelzulassungsbehörde (Food and Drug Administration) zugelassen, was sie zu hervorragenden Kandidaten für biomedizinische Anwendungsbereiche macht. VINDOBONA-Wissenschaftler haben neue Vinyl-Carbonate und Vinylester synthetisiert. Anschließend haben sie ihre Reaktionsfähigkeit sowohl als Homopolymere (nur aus den Vinylverbindungen bestehend) als auch polymerisiert in einem einschrittigen Prozess getestet, in dem ihre außergewöhnliche Co-Reaktivität mit Alkyl-Thiolen ausgenutzt wird. Zytotoxizitätstests, die Stammzellen verwenden, bestätigten zusammen mit Abbaubarkeitstests zu den Homopolymeren im Reagenzglas ihre Biokompatibilität und Stabilität. Die Vinylester-Thiol-Copolymer-Formulierungen wurden für die Sturzfestigkeit und Elastizität optimiert und es wurden rechteckige Muster mittels 3D-Drucktechnologie-Stereolithographie gedruckt. Das neu entwickelte 3D-Druckmaterial wies ähnliche mechanische Eigenschaften auf wie die natürlichen Knochens, und neue In-vivo-Testmodelle sollen folgen. Es wurden Partnerschaften mit mehreren kleineren und mittleren europäischen Unternehmen gebildet, die Interesse an der Vermarktung der Technologie haben. Somit ist der Weg für verbesserten Knochenersatz zu geringeren Kosten für Millionen Bürger bereitet.
Schlüsselbegriffe
3D-Druck, Knochen, Knochenersatz, Polymer, Vinyl, Thioalkohole
