Entwicklung von injizierbarem Knochenersatzmaterial
Obwohl bereits viele Knochenersatzmaterialien für zahnmedizinische, kieferchirurgische oder orthopädische Eingriffe existieren, sind für Substanzen, die per Spritze injiziert und in situ geformt werden können, große Kräfte erforderlich. Dies beeinträchtigt mitunter die genaue Platzierung und Dosierung. Zudem lässt sich vorher nicht genau einschätzen, wie das Gewebe auf die Fremdstoffe reagiert, insbesondere bei älteren oder immungeschwächten Patienten. Das EU-Projekt IMCOSS (Injectable medical ceramics for bone repair and augmentation) richtete eine Datenbank ein, um sowohl das Verabreichungssystem wie auch die entsprechenden Materialien zu verbessern. Die Wissenschaftler untersuchten nanostrukturierte Biomaterialien, um Rheologie, Biokompatibilität des Gewebes und Knochengeweberegeneration zu optimieren. Eine umfassende Charakterisierung zeigte, dass das Grundmaterial - Nanopartikel aus Hydroxylapatit (nHA) – bei Belastung seine Viskosität reduziert (thixotrop). Dann wurde die Paste mit Metallionen optimiert und weist nun die für die Injektion notwendige Fluidität auf. IMCOSS prüfte die Biokompatibilität an 3D-In-vitro-Zellkulturmodellen. MG63-Zelllinien und mesenchymale Stammzellen zeigten eine verminderte Toxizität im Vergleich zu 2D-Tests an reifen Knochenzellen. Eine Auswertung der optimierten und verbesserten Pasten ergab eine bessere Biokompatibilität, vor allem aber stimulierten die mit Metallionen dotierten nHA die Zellaktivität, was klar die Eignung der neuen Pasten für die Knochenreparatur bestätigt. In-vivo-Tests zeigten, dass ein Knochendefekt nach nur sechs Monaten ohne erkennbare Entzündungen abheilte. Dabei wurde die optimale Konzentration von nHA in der Basispaste erreicht. Das Team entwickelte eine vorläufige Version des Verabreichungssystems, das in einem klinischen Workshop von Dental- und orthopädischen Chirurgen getestet wurde. Über gezieltes Feedback sowie Berücksichtigung geltender Vorgaben wurden Material und Abgabesystem umfassend optimiert, um eine flexiblere Dosierung und Präzision zu erreichen. Innerhalb von zwei bis drei Jahren werden alle Genehmigungen vorliegen, und die Kommerzialisierung wird den Jahresumsatz der beteiligten KMU um bis zu 200 % steigern. Zuerst sollen vorrangig Krankenhäuser und Chirurgen beliefert werden, um mit deren klinischen Daten und Erfahrungen die breite Einführung zu beschleunigen. Die neue Technologie von IMCOSS wird Patienten zugute kommen, Hersteller von Medizinprodukten wettbewerbsfähiger machen und die Präsenz beteiligter Forschungsinstitute stärken.
Schlüsselbegriffe
Knochenersatzmaterial, Injektion, Nanopartikel, Hydroxylapatit, Paste
