Knochen aus dem 3D-Drucker

An der TU Wien wird ein neues Christian-Doppler-Labor eröffnet. Dort wird nun erforscht, wie man mit Hilfe von 3D-Druckern Knochenersatz-Implantate herstellen kann.

Kein Knochen ist wie der andere. Wenn man etwa nach einem Unfall einen Knochenersatz braucht, ist es wichtig, dass seine Form genau richtig an den Körper angepasst ist. Das klingt eigentlich nach der perfekten Aufgabe für 3D-Drucker: Sie sind heute oft das Werkzeug der Wahl, wenn man keine massenproduzierte Serie identischer Objekte braucht, sondern Einzelstücke passgenau und maßgeschneidert anfertigen muss.

Allerdings ist es schwierig, passende Materialien für den Aufbau von Knochen zu finden, die sich im 3D-Drucker verarbeiten lassen. An der TU Wien werden solche Materialien neu entwicket und gezielt verbessert.

Lebendiges Material

„Einen Knochen darf man sich nicht wie ein starres, lebloses Objekt vorstellen“, sagt Stefan Baudis vom Institut für Angewandte Synthesechemie der TU Wien. „Ununterbrochen werden die Knochen in unserem Körper von bestimmten Zellen abgebaut und von anderen Zellen gleichzeitig wieder aufgebaut. Daher können Knochenbrüche ganz von selbst wieder verheilen.“ Versorgt werden diese Zellen durch eigene Blutgefäße, die den Knochen durchziehen und den nötigen Stofftransport ermöglichen.

Man muss dem Körper eigentlich nur ein passendes Gerüst vorgeben, das dann von körpereigenen Zellen besiedelt und zum ganz normalen Knochen umgebaut wird. „Ein solches Gerüst wollen wir mit 3D-Druck-Technologie herstellen“, sagt Stefan Baudis.

Was das Knochengerüst alles können muss

Aus materialwissenschaftlicher Sicht ist das eine große Herausforderung: Das künstlich hergestellte Knochengerüst muss eine ganze Reihe von Anforderungen erfüllen: Es muss eine poröse Struktur haben, damit knochenaufbauende Körperzellen eindringen können und der Stofftransport funktioniert. Es muss fest, aber nicht zu spröde sein, damit es nicht sofort bricht. Es muss vom Körper in überschaubarer Zeit abgebaut werden, damit am Ende, wenn es durch natürlichen Knochen ersetzt wurde, vom Gerüst nichts mehr übrigbleibt. Außerdem sollen bereits Partikel aus Calciumphosphat im Gerüst eingebaut sein, die dann in das Knochenmaterial umgewandelt werden.

„Wir wissen bereits viel über die Chemie der einzelnen Komponenten, die dafür nötig sind“, sagt Stefan Baudis. „Nun forschen wir an den passenden Materialgemischen, mit denen sich all diese Anforderungen erfüllen lassen.“

Über den/die Forscher*In

Stefan Baudis ist Leiter des Christian Doppler-Labors „Advanced Polymers for Biomaterials and 3D Printing“ an der Fakultät für Technische Chemie der TU Wien. Er ist Experte für Polymerchemie und beschäftigt sich mit verschiedenen Materialien.