GEDRUCKTE RESORBIERBARE METALL-IMPLANTATE

Komplizierte Knochenbrüche werden klinisch mittels Platten und Schrauben aus Titan, Medizinalstahl oder CoCr behandelt. Nachdem die Fraktur geheilt ist, werden die mechanisch stabilen Metallimplantate in der Regel in einer Zweit-Operation wieder entfernt, um kein bleibendes Fremdmaterial im Körper zurückzulassen, welches störende Wirkungen wie Entzündungen und Infektionen, Wundheilungsstörungen, Implantatdislokationen und insbesondere bei Kindern Wachstumsstörungen zur Folge haben kann. Sowohl die Reoperation als auch die Präsenz von permanenten Implantaten bergen gesundheitliche Risiken.

Kommerziell werden daher als Biomaterialien bereits degradierbare Keramiken und Polymere eingesetzt (z.B. selbstauflösende Nahtmaterialien), welche sich nach Erfüllung ihrer Funktion abbauen. Allerdings sind weder Keramiken noch Polymere für lasttragende Anwendungen geeignet, da sie die nötigen mechanischen Anforderungen nicht erfüllen.

Unser Ziel ist, die Qualität herkömmlicher Knochenersatzimplantate zu verbessern. Dafür kombinieren wir die Vorteile degradierbarer metallischer Materialien mit patientenspezifischen Designlösungen. Dabei setzen wir fertigungstechnisch auf 3D-Druckvervahren.  
Nachdem wir viel Erfahrung zur Herstellung und präklinischer Anwendung von 3D Implantaten aus Titan gesammelt haben (siehe Bilder rechts und unten), möchten wir in diesem Projekt mit dem sogenannten Laserschmelzverfahren Strukturen aus Magnesium herstellen. Magnesium ist ein physiologisch verträgliches Metall, welches vom Körper mit der Zeit abgebaut wird (siehe Bild am Seitenende) und durch körpereigenes Gewebe ersetzt wird. Als essenzielles Bioelement ist es vollständig bioverträglich: Magnesiumionen sind relevant für den Energiestoffwechsel und den Aufbau der Knochen und der Zähne und regulieren die Kontraktion der Muskeln (Magnesiumtabletten bei Muskelkrämpfen).

Obwohl das Element Magnesium seit mehr als 200 Jahren bekannt ist und vor über 130 Jahren schon zum ersten Mal als Nahtmaterial eingesetzt wurde, gibt es bis heute nur ein einziges Mag-nesiumimplantat auf dem Markt (Die MAGNEZIX® Compression Screw der Firma Syntellix trägt seit 2013 die CE-Kennzeichnung). Filigrane Stents werden zurzeit klinisch getestet (BIO-TRONIK gab Ende 2013 die Behandlung des ersten Patienten mit dem bioabsorbierbaren Mag-nesium-Scaffold DREAMS bekannt). Die Herstellung von Magnesium mittels 3D Druckverfahren ist noch weitgehend unerforscht. Wir werden im Rahmen des vorliegenden Projektes das Sicherheitskonzept für den sicheren Betrieb einer 3D Druckanlage zur Verarbeitung von Magnesium erstellen.

Wir sehen potentielle Vorteile von 3D gedruckten Magnesium-Implantaten:

  1. Mg ist resorbierbar: langfristig kein Fremdmaterial.

  2. Mechanischen Eigenschaften von Mg (Bruchzähigkeit, Druckfestigkeit, E-Modul und Dichte) sind ähnlich dem von Knochen. 

  3. Als essentieller Bestandteil des Stoffwechsels ist es vollständig bioverträglich und das aufgelöste Metall wird vom Körper ausgeschieden. 

  4. Durch 3D-Druck sind leichte, poröse und Strukturen herstellbar: Funktionsopti-mierte komplexe und poröse Strukturen, z.B. angepasst an biomechanische Um-gebung. 

  5. Keine 2.OP nötig.

  6. Kostengünstige Herstellung von Implantaten. 

PROJEKTLEITENDE
IM FOKUS

Hochschule für Life Sciences

Prof. Dr. Michael de Wild

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