Fr, 12:20 Uhr
12.02.2016
Entwicklung von Heiligenstädter Wissenschaftlern
3D-Stützstrukturen für die Knochenregeneration
Wissenschaftler des iba Heiligenstadt entwickelten 3D-Stützstrukturen für die Knochenregeneration. Das Internationale Forschungsprojekt mit namhaften Forschungspartnern aus acht Ländern am Institut für Bioprozess- und Analysenmesstechnik in Heilbad Heiligenstadt ist abgeschlossen.....
Etwa 33 Prozent der Frauen und 12,5 Prozent der Männer über 50 erleiden eine Knochenfraktur aufgrund von Osteoporose. Gerade bei dieser Patientengruppe ist die Selbstheilung derartiger Defekte langwierig bzw. oft nicht möglich. Daher ist die Entwicklung neuer Materialien für den Knochenersatz seit vielen Jahren ein wichtiges Thema in der Biomaterialforschung und Implantatentwicklung.
Dreidimensionale Zellträgerstrukturen stellen eine innovative Therapiemöglichkeit für Knochendefekte dar. Prozesse wie Zellwachstum und Zellteilung lassen sich hierbei über die definierte Einstellung struktureller und geometrischer Eigenschaften beeinflussen. Mit der Multi-Photonenpolymerisation steht den Wissenschaftlern ein innovatives Rapid-Prototyping-Verfahren zur Herstellung derartiger Implantate zur Verfügung.
Grundlage der 2-Photonen- oder Multiphotonenpolymerisation ist die Wechselwirkung hochenergetischer Laserstrahlung mit photoaktiven Molekülen, wodurch eine Polymerisation, d.h. eine Vernetzung kleiner Moleküle, induziert wird. Die Laserstrahlung wird mit Hilfe eines Objektivs fokussiert. Nur in diesem Fokuspunkt, der einen Durchmesser von ca. 1/4000 mm hat, erfolgt die Polymerisation und damit eine Verfestigung der Substanz innerhalb einer hochviskosen Flüssigkeit zu einem Feststoff. Wird der Fokuspunkt entsprechend eines 3D-Modells durch das Ausgangsmaterial bewegt, entstehen dreidimensionale Strukturen, deren geometrische Eigenschaften nach Bedarf eingestellt werden können.
Im Rahmen des EU-Projektes InnovaBone wurden in der Arbeitsgruppe von Prof. Dr. Klaus Liefeith in Zusammenarbeit mit 8 Forschungseinrichtungen und 6 Industrieunternehmen aus 8 Ländern Zellträgerstrukturen (sogenannte Scaffolds) für den Knochenersatz entwickelt. Als Ausgangsmaterial wurde dabei ein biokompatibles, d.h. körperverträgliches bioabbaubares, langkettiges Molekül bestehend aus mehreren Wiederholungseinheiten verwendet. Durch Variation der Zusammensetzung des Moleküls konnten die mechanischen Eigenschaften des fertigen Scaffolds gezielt eingestellt und etwaigen Knochendefekten angepasst werden.
Dabei erfolgte die Strukturgebung des Ausgangsmaterials mit der 2-Photonenpolymerisation. Im Ergebnis liegen patientenspezifische, d.h. auf den jeweiligen Patienten zugeschnittene Implantate vor. Umfassende morphologische und mechanische Testungen zeigten, dass 3D-Zellträgerstrukturen generiert werden konnten, welche sehr gut für die Anwendung als Knochenersatzmaterialien geeignet sind. Zudem zeigten erste zellbiologische Testungen die exzellenten Eigenschaften und die gute Verträglichkeit mit dem Empfängerorganismus.
Autor: enEtwa 33 Prozent der Frauen und 12,5 Prozent der Männer über 50 erleiden eine Knochenfraktur aufgrund von Osteoporose. Gerade bei dieser Patientengruppe ist die Selbstheilung derartiger Defekte langwierig bzw. oft nicht möglich. Daher ist die Entwicklung neuer Materialien für den Knochenersatz seit vielen Jahren ein wichtiges Thema in der Biomaterialforschung und Implantatentwicklung.
Dreidimensionale Zellträgerstrukturen stellen eine innovative Therapiemöglichkeit für Knochendefekte dar. Prozesse wie Zellwachstum und Zellteilung lassen sich hierbei über die definierte Einstellung struktureller und geometrischer Eigenschaften beeinflussen. Mit der Multi-Photonenpolymerisation steht den Wissenschaftlern ein innovatives Rapid-Prototyping-Verfahren zur Herstellung derartiger Implantate zur Verfügung.
Grundlage der 2-Photonen- oder Multiphotonenpolymerisation ist die Wechselwirkung hochenergetischer Laserstrahlung mit photoaktiven Molekülen, wodurch eine Polymerisation, d.h. eine Vernetzung kleiner Moleküle, induziert wird. Die Laserstrahlung wird mit Hilfe eines Objektivs fokussiert. Nur in diesem Fokuspunkt, der einen Durchmesser von ca. 1/4000 mm hat, erfolgt die Polymerisation und damit eine Verfestigung der Substanz innerhalb einer hochviskosen Flüssigkeit zu einem Feststoff. Wird der Fokuspunkt entsprechend eines 3D-Modells durch das Ausgangsmaterial bewegt, entstehen dreidimensionale Strukturen, deren geometrische Eigenschaften nach Bedarf eingestellt werden können.
Im Rahmen des EU-Projektes InnovaBone wurden in der Arbeitsgruppe von Prof. Dr. Klaus Liefeith in Zusammenarbeit mit 8 Forschungseinrichtungen und 6 Industrieunternehmen aus 8 Ländern Zellträgerstrukturen (sogenannte Scaffolds) für den Knochenersatz entwickelt. Als Ausgangsmaterial wurde dabei ein biokompatibles, d.h. körperverträgliches bioabbaubares, langkettiges Molekül bestehend aus mehreren Wiederholungseinheiten verwendet. Durch Variation der Zusammensetzung des Moleküls konnten die mechanischen Eigenschaften des fertigen Scaffolds gezielt eingestellt und etwaigen Knochendefekten angepasst werden.
Dabei erfolgte die Strukturgebung des Ausgangsmaterials mit der 2-Photonenpolymerisation. Im Ergebnis liegen patientenspezifische, d.h. auf den jeweiligen Patienten zugeschnittene Implantate vor. Umfassende morphologische und mechanische Testungen zeigten, dass 3D-Zellträgerstrukturen generiert werden konnten, welche sehr gut für die Anwendung als Knochenersatzmaterialien geeignet sind. Zudem zeigten erste zellbiologische Testungen die exzellenten Eigenschaften und die gute Verträglichkeit mit dem Empfängerorganismus.