3D-Druck baut abgenutzten Knorpel auf

MÜNCHEN. Zur Wiederherstellung von Knorpel haben Forscher Mikrofaser-Gerüste aus dem 3D-Drucker und Hydrogele kombiniert (Nature Communications 2015, online 28 April).

In solchen "scaffolds" könnten Knorpelzellen wachsen, wird in einer Mitteilung der Technischen Universität München berichtet.

Die Materialkombinationen zeigten eine zu Kniegelenks-Knorpel vergleichbare Elastizität und Steifigkeit. Zudem unterstützten sie das Wachstum und die Vernetzung der Gewebezellen.

Eine Schlüsselrolle spielt die 3-D-Drucktechnik des Melt Electrospinning Writing. Es ermöglicht die Herstellung von Strukturen, die mechanische Steifigkeit und Raum für Zellwachstum gewährleisten. Damit könne die Art und Weise, wie die Natur Gelenkknorpel baut, genauer nachgeahmt werden.

Ein weiches Gel - Proteoglykane oder ein biokompatibles Hydrogel - wird mit einem Netz aus sehr dünnen Fasern verstärkt. Die mit Electrospinning Writing hergestellten Gerüstfasern können bis zu fünf Mikrometer im Durchmesser dünn sein - 20-mal dünner als die Fasern herkömmlicher Methoden.

Experimente in künstlicher Matrix

Die Entwicklung, Herstellung und mechanische Prüfung der Hydrogel-Faserverbundwerkstoffe wurde ergänzt durch Vergleiche mit Kniegelenkknorpel von Pferden, Experimente mit dem Wachstum menschlicher Knorpelzellen in der künstlichen Matrix und Computersimulationen.

Nachdem die Forscher das Computermodell der Hydrogel-Faserverbundwerkstoffe validiert hatten, beurteilten sie damit unterschiedliche Anwendungen.

Das neue Verfahren sei nicht nur für die Reparatur von Gelenken vielversprechend, sondern auch für die Rekonstruktion der Brust nach einer Amputation - etwa bei einer Krebstherapie - oder für die Züchtung von Herzgewebe.

Das Gerüst wird unter den Muskel implantiert, dann könnten mit dem faserverstärkten Hydrogel großen Mengen an Brustgewebe oder biodynamisch stark belastbare Herzklappen regeneriert werden. (eb)