Holz als Knochenersatz?
Ob beschädigte Knochen durch Holzimplantate ersetzt werden könnten, ist eine Frage, mit der sich italienische Forscher vom Nationalen Forschungsrat Italiens (CNR) befasst haben. Ihre Ergebnisse werden in der kommenden Ausgabe des International Journal of Healthcare Technology and Management vorgestellt. Mit dem Altern gehen Bedrohungen wie Osteoporose, Osteoarthritis, Knochenkrebs und andere Krankheiten einher. Etwa 2,2 Millionen Knochenaufbauprozeduren werden jährlich auf der ganzen Welt durchgeführt, und die Zahlen steigen weiter, da sich der Lebensstil verändert und die Menschen länger leben. Derzeit befassen sich medizinische Wissenschaftler mit der Suche nach biomimetischen Materialien (der Struktur und Funktion biologischer Systeme), die Knochen im Hinblick auf Festigkeit, Flexibilität und Dichte ähnlich sind. Die Hoffnung ist, dass es vielleicht möglich ist, Implantate aus Metalllegierungen mit solchen Materialien zu ergänzen. Bereits jetzt hat man entdeckt, dass die Struktur einiger Holzarten auf der mikroskopischen Ebene der des natürlichen Knochens sehr nah kommt. Ferner besitzt die Struktur aufgrund ihres hierarchischen Aufbaus ähnliche biomechanische Eigenschaften wie hohe Festigkeit und Leichtigkeit. Eine Fallstudie über die Auswirkungen der neuen Technologie wurde vor kurzem von Professor Ugo Finardi (CNR Institute for Economic Research on Firms and Growth (CERIS) und Universität Turin) und Professorin Simone Sprio (CNR Institute of Science and Technology for Ceramics (ISTEC)) durchgeführt. Die Forschungsgruppe für Biomaterialien des ISTEC hat sich von der Natur inspirieren lassen und mithilfe eines nanotechnologischen Ansatzes Rattan-Holz in hierarchisch organisierte Implantate transformiert. Die Professoren haben zusammen mit Anna Tampieri und Andrea Ruffini herausgefunden, dass biomimetische Materialien so fest und flexibel sind wie natürliche Knochen. Diese Eigenschaften sind mit den aktuellen Metalllegierungen nicht zu erreichen. Die Professoren glauben, dass diese Technologie die hierarchische physikalische Struktur von Rattan ausnutzen könnte, um dieses als Gerüst zu verwenden, somit würde ein synthetisches Material geschaffen, das beschädigtes und verloren gegangenes Knochenmaterial ersetzen könnte. Ein weiterer Vorteil ist, dass dieses Material auch als tragende Konstruktion eingesetzt werden könnte. Das war bei den älteren biomimetischen Materialien ausgeschlossen. Allerdings ist die Verarbeitung von Rohholz, um chemische Bestandteile zu entfernen, die mit Implantaten für Menschen nicht kompatibel sind, ein langwieriger und komplexer Prozess. Aber die Professoren glauben, dass die Vorteile der Herstellung eines knochenähnlichen Materials solche Probleme bei weitem überwiegen. Beim Prozess der Umwandlung von Holz in Implantate muss dieses wärmebehandelt werden, um Zellulose, Lignin und andere pflanzlichen Materialien zu entfernen. Dies hinterlässt ein Kohlenstoffgerüst, das mit Calcium, Sauerstoff und Phosphat infiltriert werden kann. Durch die Reaktion entsteht ein poröses Material, das wiederum chemisch und mechanisch Knochen ähnelt. Abschließend sagen die Forscher, dass im Gegensatz zu Metalllegierungen, Keramik und sogar Spenderknochen, ihr patentiertes Material kostengünstig ist, eine sehr gute Biomechanik besitzt und biokompatibel ist. Es kann auch in bestehende Knochen eingefügt werden und damit die Knochenregeneration unterstützen.Weitere Informationen finden Sie unter: Institute for Economic Research on Firms and Growth: http://www.ceris.cnr.it/index.php?lang=english Institute of Science and Technology for Ceramics: http://www.istec.cnr.it/index.php/eng/