Mit einem neuen Verfahren lassen sich Knochenimplantate mittels 3D-Druck passgenau, stabil und variabel herstellen. Der Clou: Während des Druckprozesses werden die einzelnen Schichten mit einem kalten Plasmastrahl behandelt, um das Anwachsen von knochenbildenden Zellen an der Oberfläche zu unterstützen.
Die Gerüststrukturen für Implantate werden mit einem Plasmajet beschichtet.
Falko Oldenburg / Fraunhofer IST
Tumorerkrankungen, Infektionen oder schwere Frakturen können die operative Entfernung von Knochen und den Einsatz von Implantaten notwendig machen. Forscher des Fraunhofer-Instituts für Schicht- und Oberflächentechnik IST haben jetzt in Zusammenarbeit mit europäischen Partnern ein neues Verfahren für die Herstellung von Knochenimplantaten entwickelt, das 3D-Druck und Beschichtung kombiniert. Während herkömmliche Oberflächenbehandlungen mit Niederdruck- oder Atmosphärendruckverfahren kaum in die Tiefe von Knochenimplantaten vordringen, fördert das neue Verfahren das Zellwachstum auch im Innern der Implantate, indem ein sogenannter Plasma-Jet einen kalten Plasmastrahl auf die gedruckte Schicht bläst. Weil für die Beschichtung keine chemische Vorbehandlung mit Lösungsmitteln notwendig ist, ist sie kostengünstig und umweltfreundlich.
Die Gerüststruktur des Implantats (Scaffold) ist aus einem speziellen Copolymer gefertigt und dem natürlichen Knochen nachempfunden. Das 3D-Druckverfahren ermöglicht eine sehr individuelle, passgenaue Formgebung und Stabilität. "Unser Ziel ist, dass die Knochenzellen in die künstliche Struktur möglichst schnell hineinwachsen und das Implantat schließlich überflüssig machen. Es wird nach und nach durch körpereigene Enzyme abgebaut", erklärt Dr. Jochen Borris, Geschäftsfeldleiter Life Science und Umwelt am Fraunhofer IST.
Variabel durch raffinierte Füllstoffe
Die mechanische Stabilität des Implantats lässt sich nicht nur über die Dichte der gedruckten Gerüststruktur steuern, sondern auch über spezielle Füllstoffe, die dem Copolymer beigemischt werden. Je höher die Füllstoffkonzentration, desto fester. Die Füllstoffe können zudem mit medizinischen Wirkstoffen wie Antibiotika versehen werden, die helfen, Infektionen zu verhindern. Bisher befindet sich der Versuchsaufbau noch im Labormaßstab. Aktuell arbeiten die Wissenschaftler aber daran, dass Verfahren zu modifizieren und zur Anwendungsreife zu bringen.