3D-gedrucktes Salzgerüst für Knochenimplantat
GesundheitsnewsStudien 3. Mai 2020 Dr. Polwin-Plass Lydia
Mithilfe eines 3D-gedruckten Salzgerüstes stellen ETH-Forscher Magnesium mit strukturierter Porosität her. Dieses lässt sich für biologisch abbaubare Knochenimplantate einsetzen.
Bei komplizierten Knochenbrüchen oder gar fehlenden Knochenteilen setzen Chirurgen in der Regel Metallimplantate ein. Als Materialien der Wahl bietet sich neben Titan auch Magnesium und seine Legierungen an. Der große Vorteil: das mit dem Gewebe zeigt weder chemisch noch biologisch Wechselwirkungen. Implantate aus benanntem Leichtmetall kann der Körper abbauen und das Magnesium als Mineralstoff aufnehmen. So wäre keine weitere OP notwendig, um das Implantat zu entfernen. Für eine schnelle Heilung sollte es oder dessen Oberflächen so beschaffen sein, dass sich knochenbildende Zellen gut darauf ansiedeln oder gar in das Implantat einwachsen können.
Materialforscherinnen und -forscher der ETH Zürich haben deshalb ein neues Verfahren entwickelt, um Magnesiumimplantate herzustellen, die über zahlreiche regelmässig angeordnete Poren verfügen und trotzdem stabil sind.
Magnesium hat strukturierte Porosität
Um eine poröse Grundstruktur zu erhalten, druckten die Forscher zuerst mit einem 3D-Drucker ein dreidimensionales Gittergerüst aus Salz. Weil reines, herkömmliches Kochsalz nicht die notwendigen Eigenschaften zum Drucken hat, entwickelten sie eine gelartige Salzpaste. Der Durchmesser der Gitterstreben und deren Abstände lassen sich beim Drucken nach Bedarf einstellen. Um die Salzstruktur zu festigen, wurde sie anschließend gesintert.
In einem nächsten Schritt infiltrierten die Forscher den Porenraum zwischen den Salzstreben mit Magnesiumschmelze. „Dieser Rohling ist mechanisch sehr stabil und lässt sich durch Polieren, Drehen und Fräsen gut bearbeiten,“ so Jörg Löffler, Professor für Metallphysik und Technologie am Departement Materialwissenschaft. Nach der mechanischen Bearbeitung lösten die Wissenschaftler das Kochsalz heraus und erhielten ein reines Magnesiumimplantat mit zahlreichen, regelmässig angeordneten Poren.
Wichtig für den klinischen Erfolg
„Die Möglichkeit, 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. So kann das Implantat rasch mit dem Knochen verwachsen.
Zukünftig könnten auch Polymere, Keramiken oder weitere Leichtmetalle mit einer kontrollierten Porengeometrie versehen werden.
Die Idee für das neue Herstellungsverfahren entstand im Rahmen der Masterarbeit von Erstautorin Nicole Kleger. Im Rahmen ihrer Dissertation ist die Forscherin nun daran, das 3D-Druckverfahren weiterzuentwickeln.
Literaturhinweis
Kleger N, Cihova M, Masania K, Studart AR, Löffler JF. 3D Printing of Salt as a Template for Magnesium with Structured Porosity. Adv. Mater. 2019, 1903783, doi: 10.1002/adma.201903783
Die Entwicklung wird demnächst in der Fachzeitschrift Advanced Materials publiziert.
Weitere Infos unter ETH Zürich
Headerbild: Pedro Jonen
Dr. Polwin-Plass Lydia Inhaberin und Chefredakteurin
Als promovierte Journalistin / Publizistin und Pressefotografin befasse ich mich mit verschiedenen Themenschwerpunkten: Vertrieb, Marketing, Bildung, Arbeitsmarkt, Kultur und Alternativmedizin. Zu medizinischen Themen konnte ich mir im Laufe der Jahre durch Recherche, Lektüre und das Verfassen zahlreicher Gesundheitsbroschüren viel Wissen und Erfahrung aneignen. Im Frühjahr 2015 gründete ich mein erstes Online Magazin "Metalogy.de" und 2019 folgte "Gesund heute und morgen".