Implantologie

Mit gedruckter Salzpaste zum Knochenersatz

Mit einem Salzgerüst aus dem 3D-Drucker sollen bioabbaubare Knochenimplantate entstehen.

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ZÜRICH. Bei komplizierten Frakturen oder fehlenden Knochenteilen werden bekanntlich oft Metallimplantate eingesetzt. Als Materialien bieten sich neben Titan, das mit dem Gewebe weder chemisch noch biologisch wechselwirkt, auch Magnesium und seine Legierungen an.

Solche Implantate aus diesem Leichtmetall haben den Vorteil, dass der Körper sie abbauen und das Magnesium als Mineralstoff aufnehmen kann. So ist keine weitere Op notwendig, um das Implantat zu entfernen.

Die Implantat-Oberfläche sollte für eine schnelle Heilung so beschaffen sein, dass sich knochenbildende Zellen gut darauf ansiedeln oder sogar in das Implantat einwachsen können.

Materialforscher der Eidgenössischen Technischen Hochschule Zürich (ETH Zürich) haben ein neues Verfahren entwickelt, um Implantate aus Magnesium herzustellen, die zahlreiche regelmäßig angeordnete Poren aufweisen und trotzdem stabil sind (Adv. Mater. 2019; online 29. Juli).

Gittergerüst aus Salz

Um die poröse Grundstruktur zu erhalten, wird zuerst mittels 3D-Druck ein Gittergerüst aus Salz erzeugt, teilt die ETH Zürich mit. Weil reines, herkömmliches Kochsalz nicht die notwendigen Eigenschaften zum Drucken hat, entwickelten die Forscher eine gelartige Salzpaste.

Der Durchmesser der Gitterstreben und ihre Abstände lassen sich beim Drucken nach Bedarf einstellen. Zur Stabilisierung wird die Salzstruktur gesintert. Beim Sintern werden feinkörnige Stoffe stark erhitzt. Die Temperaturen liegen jedoch unterhalb des Schmelzpunkts des Stoffes, damit die Struktur des Werkstücks erhalten bleibt.

In einem nächsten Schritt wird der Porenraum zwischen den Salzstreben mit Magnesiumschmelze infiltriert. „Dieser Rohling ist mechanisch sehr stabil und lässt sich durch Polieren, Drehen und Fräsen gut bearbeiten“, wird Professor Jörg Löffler vom Departement Materialwissenschaft, ETH Zürich, in der Mitteilung zitiert.

Anschließend wird das Salz herausgelöst. So erhält man das reine Magnesium-Implantat mit zahlreichen, regelmäßig angeordneten Poren.

„Die Porengröße und deren Verteilung und Richtung im Material zu kontrollieren, ist entscheidend für den klinischen Erfolg des Implantats, da knochenbildende Zellen gerne in solche Poren hineinwachsen“, betont Löffler. Und genau darauf komme es an, damit ein Implantat rasch mit dem Knochen verwachse.

Spielraum für weitere Materialien

Das neu entwickelte Verfahren zur Herstellung derartiger Hilfsstrukturen aus Salz lässt nebst der Infiltration mit Magnesium Spielraum für weitere Materialien. Die Studienautoren gehen davon aus, dass so auch Polymere, Keramiken oder andere Leichtmetalle mit einer kontrollierten Porengeometrie versehen werden können.

Die Idee für das neue Herstellungsverfahren entstand im Rahmen der Masterarbeit von Erstautorin Nicole Kleger. Gefördert wurde ihre Arbeit mit einem Excellence Scholarship & Opportunity Stipendium von der ETH Zürich. Im Rahmen ihrer Dissertation ist die Forscherin nun daran, das 3D-Druckverfahren weiterzuentwickeln. (eb)

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