3D-Druck biomimetischer Gewebe für bessere Knochentransplantate
Die Transplantation von Knochen, dem nach Blut am zweithäufigsten transplantierten Gewebematerial, wird inzwischen fast zwei Millionen Mal jährlich durchgeführt, u. a. zur Heilung von Knochenfrakturen, bei Schäden durch Infektionen oder nach einer Tumorresektion. Fast die Hälfte dieser chirurgischen Eingriffe findet in der EU statt. Transplantationen bergen jedoch Risiken. So werden bei der Transplantation von autologem bzw. patienteneigenem Knochengewebe häufig Nachoperationen fällig, und auch das Sterberisiko ist hoch. „Wiederum sind Transplantate, die aus Knochenbanken oder von Tieren stammen, mitunter technisch oder ethisch problematisch“, ergänzt Ana Chinea, Koordinatorin des Projekts Bone3Dmatch beim Unternehmen Mimetis, Spanien. „Probleme bereiten u. a. immunologische Abstoßungen oder Wundinfektionen.“
Forschung zu neuen Biomaterialien
Mit der künstlichen Züchtung von Knochengewebe erweitern sich nun nicht nur chirurgische Optionen. Dieses Gewebe ist auch leichter verfügbar, steriler und senkt das Sterblichkeitsrisiko. Ein Nachteil verglichen mit natürlicher Knochensubstanz war jedoch bislang die mangelhafte Funktionalität künstlich erzeugter Gewebe. Ziel des EU-finanzierten Projekts Bone3Dmatch war daher, ein neues synthetisches Knochenersatzmaterial zu entwickeln, das diesen Nachteil nicht hat. „Wir fanden die Lösung in der sogenannten Biomimetik“, so Chinea, „d. h. der Entwicklung von Knochenersatzmaterial, das die Eigenschaften natürlicher Knochen nachahmt.“ So wurde an neuen Biomaterialien mit natürlichen Knocheneigenschaften geforscht, die die Knochenregeneration anregen und den Genesungsprozess fördern kann. Ein weiteres wichtiges Ziel war die Suche nach Biomaterialien, die effizient per 3D-Druck erzeugt werden können. Dies ermöglicht kostengünstige, maßgeschneiderte Gerüste für Knochengewebe, die patientenspezifische Anforderungen besser erfüllen und sich für komplexere Knochendefekte eignen.
Synthetische Knochengerüste im 3D-Druck
Dem Projekt gelang die Entwicklung eines Biomaterials, das von Knochenzellen als natürliche Knochensubstanz erkannt wird, was die Regeneration und Genesung beschleunigt. An den Studien waren mehrere medizinische Zentren beteiligt, wobei die Projektgruppe vor allem sämtlichen ethischen und regulatorischen Überlegungen vollständig Rechnung tragen wollte. Zudem gelang es mit fortschrittlichsten 3D-Druckverfahren in weniger als 72 Stunden, patientenspezifische Knochengerüste herzustellen. „Auf diese Weise können komplexe Knochendefekte einfacher behandelt und patientenspezifischere Ansätze entwickelt werden“, so Chinea. Nach der Optimierung und Hochskalierung der Fertigung wurde ein Geschäftsplan für die künftige Markteinführung entwickelt.
Markteinführung innovativer Biomaterialien
Nun will die Projektgruppe alle Projektergebnisse zusammenfassen und auswerten, um die Wirksamkeit und Sicherheit ihres Produkts zu optimieren. Dann müssen die klinischen Studien abgeschlossen, Projektergebnisse veröffentlicht und die Markteinführung in Europa und den Vereinigten Staaten vorbereitet werden. „Bone3Dmatch lieferte Biomaterialien der nächsten Generation für Gewebegerüste, die im 3D-Druck hergestellt werden, und somit einen deutlichen Schub für den Markt“, schließt Chinea. „So konnte sich Europa an der Spitze der medizinischen Knochenregeneration positionieren. Das Projekt wird weltweit Millionen von Menschen zugute kommen, die sich eine bessere und schnellere Heilung von Knochendefekten wünschen.“ Über ein dezentralisiertes Geschäftsmodell will das Projektteam Krankenhäuser weltweit dabei unterstützen, mit dem biomimetischen Material eigene patientenspezifische Implantate im 3D-Druck herzustellen.
Schlüsselbegriffe
Bone3Dmatch, Biomaterialien, Knochen, Transplantation, Gesundheitswesen, Gerüste, 3D-Druck