Active Bone
Biodegradierbare Kompositwerkstoffe für die generative Fertigung bioaktiver Knochenersatzimplantate
Degradierbare Biowerkstoffe besitzen die Fähigkeit vom Körper sukzessive abgebaut zu werden, während sich gleichzeitig neues Knochengewebe bildet. Im Idealfall ist die Rate der Degradation an das Knochenwachstum so angepasst, dass der Abbau des Implantats und der Knochenaufbau Hand in Hand gehen. Besonders geeignet für den Knochenersatz sind synthetisch hergestellte Calciumphosphate.
Ziel des durch das BMBF (Bundesministerium für Bildung und Forschung) geförderten Projektes ist die Erforschung und Erarbeitung einer innovativen Werkstoffkombination aus Calciumphosphaten, Calciumcarbonaten und degradierbaren Polymeren für die Herstellung von abbaubaren bioaktiven Implantaten für den Knochenersatz mit hohen mechanischen Festigkeiten.
Mit der Werkstofferforschung und -verarbeitung wird eine vollständige Prozesskette realisiert, die entlang der Wertschöpfungskette vom Implantatdesign über die Werkstoffsynthese und -aufbereitung, der Fertigungs- und Systemtechnik bis hin zur Verfügbarmachung aufgestellt ist. Um diese Ziele zu erreichen, sind an dem Projekt sowohl Industrieunternehmen als auch Hochschulpartner beteiligt.
Der Verbundwerkstoff soll mit Hilfe des generativen Fertigungsverfahrens Selective Laser Melting (SLM) zu Implantatstrukturen verarbeitet werden. Der Vorteil dieses Verfahrens besteht darin, dass die polymeren Werkstoffanteile durch die Laserstrahlung bei relativ geringen Temperaturen geschmolzen werden können und daher die mineralischen Partikel bei diesen Temperaturen thermisch stabil bleiben. Die Nutzung der generativen Fertigung und der damit einhergehenden Geometriefreiheit bietet die Möglichkeit, das Implantat mit einer den Wünschen des Chirurgen entsprechenden Porenstruktur zu versehen, die eine durchgängige Versorgung des Implantates gewährleistet. Darüber hinaus können generativ individuell angepasste Implantate, wie für die Versorgung von großflächigen Knochendefekten im Gesichts- und Schädelbereich benötigt, schnell und wirtschaftlich ohne Materialverlust hergestellt werden. Um die Resorptionsvorgänge des Implantats und die Knochenneubildung gezielt zu verbessern, wird die gefertigte Implantatstruktur zudem zusätzlich mithilfe von wachstumsstimulierenden Proteinen bioaktiv funktionalisiert. Dadurch soll das Knochengewebe aktiv zum Knochenaufbau und zum Ersatz der Gerüststruktur (Implantat) angeregt werden.
Das Team des ZWBF ist in dem Verbundprojekt verantwortlich für die Verbundwerkstoff-Synthese und Charakterisierung. Außerdem werden die hergestellten Scaffolds in der Arbeitsgruppe bioaktiv funktionalisiert. Die neuartigen Knochenersatzstrukturen werden zudem in mechanischen Kurz- und Langzeittests untersucht. Des Weiteren werden die eingesetzten Werkstoffe auf ihre biologische Kompatibilität hin überprüft sowie hinsichtlich ihrer Degradationskinetik in einem In-Vitro-Modell analysiert.
