EU-Projekt "FAST" 04.12.2018, 07:00 Uhr

Fraunhofer: Knochenimplantate mittels 3D-Druck

Ein neues 3D-Druckverfahren produziert passgenaue und günstige Knochenimplantate aus einem speziellen Kunststoff. Ein kalter Plasmastrahl stimuliert hierbei das Wachstum der Knochenzellen im Kunststoffgerüst.

Auf dem Foto ist ein Plasmajet zu sehen, der auf ein würfelartiges Kunststoffgerüst trifft

Ein sogenannter Plasmajet beschichtet die Gerüststrukturen für Knochenimplantate und stimuliert so das Wachstum knochenbildender Zellen.

Foto: Fraunhofer IST/Falko Oldenburg

Krebserkrankungen, Infektionen, schwere Brüche oder Osteoporose, also Knochenschwund – es gibt viele Ursachen, die den menschlichen Knochen schädigen und den Einsatz von Knochenimplantaten nötig machen.

Im Rahmen des Projekts „FAST“ haben Wissenschaftler des Fraunhofer-Instituts für Schicht- und Oberflächentechnik (IST) in Braunschweig gemeinsam mit Partnern ein neues 3D-Druckverfahren für Knochenimplantate entwickelt. Das EU-geförderte Forschungs- und Innovationsprojekt ist ein Zusammenschluss von acht europäischen Unternehmen und Forschungseinrichtungen. Das Kürzel „FAST“ steht für „Functionally graded Additive Manufacturing (AM) scaffolds by hybrid manufacturing“. Ziel des Projekts: 3D-Drucktechnologien zu entwickeln, die die Herstellung kostengünstiger Implantate ermöglichen.

Top Stellenangebote

Zur Jobbörse
RHEINMETALL AG-Firmenlogo
Verstärkung für unsere technischen Projekte im Bereich Engineering und IT (m/w/d) RHEINMETALL AG
deutschlandweit Zum Job 
EKS Montage GmbH-Firmenlogo
Bauleiter Bautechnik - Stationen SuedOstLink (m/w/d) EKS Montage GmbH
deutschlandweit Zum Job 
EKS Montage GmbH-Firmenlogo
Bauleiter E-Technik - Stationen SuedOstLink (m/w/d) EKS Montage GmbH
deutschlandweit Zum Job 
EKS Montage GmbH-Firmenlogo
Sicherheits- und Gesundheitsschutzkoordinator (m/w/d) EKS Montage GmbH
deutschlandweit Zum Job 
Corventis GmbH-Firmenlogo
Applikationsingenieur (m/w/d) Corventis GmbH
Großraum Ravensburg Zum Job 
ENERCON GmbH-Firmenlogo
Entwicklungs- und Versuchsingenieur (m/w/d) Akustik ENERCON GmbH
Aurich bei Emden Zum Job 
Die Autobahn GmbH des Bundes-Firmenlogo
Fachingenieur (w/m/d) Konstruktiver Ingenieurbau, Bauwerkserhaltung Die Autobahn GmbH des Bundes
Iventa-Firmenlogo
Wind Engineer (m/f/d) Iventa
Hamburg, Köln, Wien (Österreich) Zum Job 
HARTING IT Services GmbH & Co. KG-Firmenlogo
Praktikum / Abschlussarbeit - IT Product Lifecycle Management HARTING IT Services GmbH & Co. KG
Espelkamp Zum Job 
HARTING Electric Stiftung & Co. KG-Firmenlogo
Produktmanager Industriesteckverbinder (m/w/d) HARTING Electric Stiftung & Co. KG
Espelkamp Zum Job 
HARTING Electric Stiftung & Co. KG-Firmenlogo
Prozessexperte SAP APO ePP/DS (m/w/d) HARTING Electric Stiftung & Co. KG
Espelkamp Zum Job 
Firmengruppe Max Bögl-Firmenlogo
Entwicklungsingenieur (m/w/d) für Magnetschwebebahnsystem Firmengruppe Max Bögl
Sengenthal Zum Job 
HARTING IT Services GmbH & Co. KG-Firmenlogo
SAP Inhouse Consultant PP/APO ePPDS HARTING IT Services GmbH & Co. KG
Espelkamp, Berlin Zum Job 
HARTING IT Services GmbH & Co. KG-Firmenlogo
Praktikum / Abschlussarbeit im Bereich DevOps HARTING IT Services GmbH & Co. KG
Berlin, remote Zum Job 
Max Bögl Bauservice GmbH & Co. KG-Firmenlogo
Bauingenieur / Bautechniker als Bauleiter (m/w/d) für Hochbauprojekte Max Bögl Bauservice GmbH & Co. KG
Liebenau bei Nienburg / Weser Zum Job 
HARTING IT Services GmbH & Co. KG-Firmenlogo
SAP Inhouse Consultant PP/APO ePPDS HARTING IT Services GmbH & Co. KG
Espelkamp Zum Job 
Max Bögl Bauservice GmbH & Co. KG-Firmenlogo
Bauleiter (m/w/d) Tiefbau - Straßenbau Magdeburg Max Bögl Bauservice GmbH & Co. KG
Magdeburg Zum Job 
ANDRITZ HYDRO GmbH-Firmenlogo
System Engineer (m/w/d) - Oil Hydraulics and Subsystems Compact Hydro ANDRITZ HYDRO GmbH
Ravensburg Zum Job 
Max Bögl Bauservice GmbH & Co. KG-Firmenlogo
Statiker (m/w/d) Max Bögl Bauservice GmbH & Co. KG
Liebenau bei Nienburg / Weser Zum Job 
Ganter Group-Firmenlogo
Business Team Manager Innenausbau (m/w/d) Ganter Group
Tauberbischofsheim Zum Job 

Implantatgerüst aus speziellem Copolymer

Das Gerüst des neu entwickelten Implantats, das sogenannte Scaffold,  besteht aus einem speziellen Copolymer, das die natürliche Knochenstruktur nachbildet. Form und Stabilität der Gerüststruktur kann das 3D-Druckverfahren individuell anpassen. „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“, erläutert Jochen Borris, Geschäftsfeldleiter Life Science und Umwelt am Fraunhofer IST.

Der Clou des neuen 3D-Druckverfahrens: Ein sogenannter Plasmajet ermöglicht auch im Inneren des Implantats eine Beschichtung, die das Zellwachstum stimuliert. Herkömmliche Verfahren, wie beispielsweise Oberflächenbehandlungen mit Niederdruck- oder Atmosphärendruckverfahren, können hingegen kaum in die Tiefe von Knochenimplantaten vordringen.  Der Plasmajet bläst einen kalten Plasmastrahl direkt auf die gedruckte Schicht. Dieser Strahl enthält reaktive Aminogruppen, die an der Gerüstoberfläche binden und dafür sorgen, dass Knochenzellen hier gerne andocken und wachsen. 3D-Druck und knochenstimulierende Beschichtung arbeiten Hand in Hand und werden durch ein- und dasselbe Gerät geleistet. Die Beschichtung bedarf keiner chemischen Vorbehandlung mit Lösungsmitteln. Sie ist deswegen kostengünstig  und umweltfreundlich.

Implantat: Gerüstdichte und Art des Füllstoffs variabel

Die Stabilität des späteren Knochenimplantats können die Fraunhofer-Forscher sowohl über die Gerüstdichte als auch über verschiedene Füllstoffe steuern, die dem Copolymer beigemischt werden. Hier gilt: Je höher die Füllstoffkonzentration, die dem Copolymer beigemischt wird, desto fester ist das Gerüst. „Diese Entwicklung unserer Projektpartner von der Universität Maastricht ermöglicht es, die Stabilität innerhalb des Implantats individuell zu variieren. Wie der natürliche Knochen, so kann auch das Implantat unterschiedlich feste Bereiche haben“, ergänzt Thomas Neubert, Leiter des EU-Projekts am Fraunhofer IST. Zudem können die Füllstoffe bei Bedarf durch medizinische Wirkstoffe wie etwa Antibiotika angereichert werden. Sie tragen dazu bei, im Körper Infektionen durch das Implantat zu verhindern.

Alle bisherigen Entwicklungsschritte hat das „FAST“-Team erfolgreich abgeschlossen. Im nächsten Schritt werden die Wissenschaftler das 3D-Druckverfahren optimieren und so modifizieren, dass es anwendungsreif ist. Bis dato handelt es sich beim Versuchsaufbau noch um den Labormaßstab. Derzeit arbeite man daran, den Prozess einfacher und stabiler zu gestalten. Für die weiterführende Entwicklung und klinische Studien suche man gerade nach Industriepartnern, so Borris.

Nach Ansicht der Wissenschaftler hat das neue 3D-Druckverfahren großes Potential, Knochenimplantate genau und individuell an den Patienten anzupassen. Denn sowohl Form und Porosität als auch mechanische Stabilität und biomechanische Eigenschaften könnten mit dem Verfahren gesteuert werden. Es könne diese Parameter sogar innerhalb eines Implantate variieren und unterschiedlich feste oder poröse Bereiche herstellen, die je nach Bedarf mit funktionellen Gruppen beschichtet werden können. Die Vision der Fraunhofer-Wissenschaftler: Künftig könnten Ärzte ihre Patienten vermessen, die individuellen Anforderungen an das Implantat festlegen und die Daten an Medical-Print-Shops senden. Dort könnten dann passgenaue Knochenimplantate gedruckt werden.

 

Mehr zum Thema 3D-Druck:

Ein Beitrag von:

  • Thomas Kresser

    Thomas Kresser ist Biologe und ausgebildeter Journalist. Er arbeitet unter anderem für das VDI Technologiezentrum, das Medizinportal NetDoktor, die Ärzteplattform Esanum und die Bauer Media Group. Thomas Kresser war Chefredakteur/stellv. Chefredakteur von DocCheck, Lifeline, Medscape und Onmeda. Er ist Gründer und Gesellschafter von ContentQualitäten. Seine Schwerpunkte: Biowissenschaften, Medizin, Nachhaltigkeit, Klimaschutz, Digital Health

Zu unseren Newslettern anmelden

Das Wichtigste immer im Blick: Mit unseren beiden Newslettern verpassen Sie keine News mehr aus der schönen neuen Technikwelt und erhalten Karrieretipps rund um Jobsuche & Bewerbung. Sie begeistert ein Thema mehr als das andere? Dann wählen Sie einfach Ihren kostenfreien Favoriten.