Resorbierbares Implantat fördert soliden Knochen- und Knorpelaufbau

Implantate für geschädigtes Knochen- oder Knorpelgewebe werden bisher außerhalb des Körpers aufgebaut. Ingenieure des IPA und Mediziner aus Rostock arbeiten an einem resorbierbaren Implantat, das den Gewebeaufbau im Körper unterstützt.

Es baut sich im selben Maße ab, wie sich das neue Gewebe aufbaut. Dieses ist am Ende genauso belastbar wie ein gesunder Knochen oder Knorpel.

Noch im klinischen Versuch: Ein neuartiges Implantat für den Aufbau solider Knorpel- und Knochenmasse im Körper.

Ein defekter oder abgebauter Knorpel kann vom Körper nicht ohne weiteres ersetzt werden, selbst dann nicht, wenn der Defekt mit körpereigenen, im Reagenzglas vermehrten Knorpelzellen aufgefüllt wird. Selbst bei diesem Verfahren entsteht meist nur minderwertiger Faserknorpel, der nicht die gleichen biomechanischen Eigenschaften besitzt wie der gesunde Knorpel. Untersuchungen haben jedoch ergeben, daß sich unter den richtigen Druckverhältnissen adulte, körpereigene Stammzellen aus dem Bindegewebe, sogenannte mesenchymale Stammzellen, in Knorpelzellen umbilden können. Ingenieure des Fraunhofer IPA arbeiten gemeinsam mit Medizinern der orthopädischen Universitätsklinik Rostock an einem Verfahren zur Herstellung von Implantatkörpern, die die Stammzellen an sich binden und diese Knorpelbildung im Körper ermöglichen. Das Implantat besteht aus einem Komposit aus Polyglykolid und Polylactid, das sich idealerweise in der gleichen Geschwindigkeit im Körper abbaut wie der Knorpel neu gebildet wird.

„Ist neben dem Knorpel auch der Knochen geschädigt, soll ein zweischichtiges Implantat zum Erfolg führen“, sagt Prof. Dr. med. Volkmar Jansson. In seinen Schichten entspricht es den Eigenschaften des Knochens und des Knorpels. Die Wissenschaftler wollen mit diesen Implantaten sowohl einfachere Knorpelverletzungen heilen, als auch beispielsweise durch Arthrose geschädigten Knochen wieder aufbauen. Die wirtschaftliche Fertigung der Implantatkörper aus Polylactid war bislang nicht möglich. Ein am Fraunhofer IPA entwickeltes generatives Fertigungsverfahren hat nun in ersten Untersuchungen erfolgversprechende Ergebnisse geliefert. „Wir haben es an die spezifischen Gegebenheiten des zu verarbeitenden Polylactides angepasst“, erklärt Bernd Biesinger vom Fraunhofer IPA. Mit Hilfe eines Laborextruders wird unter exakten Temperaturverhältnissen das Polylactid plastifiziert und über eine Düse ausgebracht. Eine X-Y-Z-Verfahreinheit ermöglicht es, das ausgebrachte Polylactid schichtweise in komplexe, exakt errechnete dreidimensionale Strukturen umzuwandeln.

Das Innere der Strukturen besteht aus Polylactidsträngen genau definierter Stärke, die in ebenfalls genau definierten Abständen den Implantatkörper bilden. „Durch die Variation dieser inneren Geometrie des Implantates können wir seine mechanischen und elastischen Eigenschaften gezielt bestimmen“, so Biesinger. In einem weiteren Entwicklungsschritt soll es dann möglich sein, die exakte Defektgeometrie beispielsweise über eine Computertomographieaufnahme zu bestimmen und daraus die Implantatgeometrie abzuleiten und generativ zu fertigen. „Mit diesem Verfahren wollen wir die Voraussetzung für eine neue Operationsmethodik schaffen, die schnell und flexibel für spezifische Knochen- oder Knorpeldefekte eingesetzt werden kann und gleichzeitig die Belastung für den Patienten reduziert“, fasst Prof. Jansson das Ziel der Entwicklungsarbeiten zusammen. Entgegen der jetzigen Vorgehensweise, den Knorpel außerhalb des Körpers zu züchten, wäre mit dem neuartigen Implantat nur noch eine einzige Operation notwendig. Bisher waren es mindestens zwei.

Ihre Ansprechpartner für weitere Informationen:
Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung IPA
Dipl.-Ing. Bernd Biesinger
Telefon: 0711/970-1289, E-Mail: bernd.biesinger@ipa.fraunhofer.de