Ein neues Chris­tian-Dopp­ler-Labor an der TU-Wien erforscht Kno­chen­er­satz-Implan­tate aus dem 3D-Dru­cker. Das CD-Labor wird getra­gen vom BM für Digi­ta­li­sie­rung und Wirt­schaft sowie von den Unter­neh­men KLS Mar­tin, Lithoz und TCC.

Kein Kno­chen ist wie der andere. Wenn etwa nach einem Unfall ein Kno­chen­er­satz gebraucht wird, ist eine ent­spre­chend kör­per­ge­rechte Form wich­tig und dafür eig­nen sich dann 3D-Dru­cker. Sie sind heute oft das Werk­zeug der Wahl, wenn keine mas­sen­pro­du­zierte Serie iden­ti­scher Objekte not­wen­dig sind, son­dern pass­ge­naue Einzelstücke.

Die Her­aus­for­de­rung besteht aller­dings darin, pas­sende Mate­ria­lien für den Auf­bau von Kno­chen zu fin­den, die sich dann im 3D-Dru­cker ver­ar­bei­ten las­sen. Die TU Wien will nun sol­che Mate­ria­lien neu ent­wi­ckeln oder gezielt ver­bes­sern und für die ent­spre­chende Erfor­schung und ange­wandt pra­xis­ori­en­tierte Umset­zung wurde aktu­ell das Chris­tian-Dopp­ler-Labor (CD-Labor „Advan­ced Poly­mers for Bio­ma­te­ri­als and 3D Prin­ting“) eröff­net. Finan­zi­ell unter­stützt wird das neue Labor vom Bun­des­mi­nis­te­rium für Digi­ta­li­sie­rung und Wirt­schaft (BMDW) und von den Fir­men­part­nern KLS Mar­tin, Lithoz und TCC.

Neue Chan­cen für Men­schen und Wirtschaft
„Durch den Ein­satz von 3D-Dru­ckern kön­nen in der Medi­zin neue Chan­cen für die Men­schen und die Wirt­schaft ergrif­fen wer­den. Die neu­ar­tige Medi­zin mit bei­spiels­weise indi­vi­dua­li­sier­ten Kno­chen­im­plan­ta­ten eröff­net span­nende Mög­lich­kei­ten und bie­tet Wachs­tums­chan­cen für unsere Unter­neh­men“, erläu­tert Eli­sa­beth Udolf-Strobl, Wirtschaftsministerin. 

„Einen Kno­chen darf man sich nicht wie ein star­res, leb­lo­ses Objekt vor­stel­len“, sagt Ste­fan Bau­dis vom Insti­tut für Ange­wandte Syn­the­se­che­mie der TU Wien, der das neue CD-Labor lei­tet. „Unun­ter­bro­chen wer­den die Kno­chen in unse­rem Kör­per von bestimm­ten Zel­len abge­baut und von ande­ren Zel­len gleich­zei­tig wie­der auf­ge­baut. Daher kön­nen Kno­chen­brü­che ganz von selbst wie­der ver­hei­len“, so Bau­dis weiter. 

Leben­di­ges Material
Diese Zel­len wer­den durch eigene Blut­ge­fäße ver­sorgt, die den Kno­chen durch­zie­hen und den nöti­gen Stoff­trans­port ermög­li­chen. Dem Kör­per muss ein pas­sen­des Gerüst vor­ge­ben wer­den, das dann von kör­per­ei­ge­nen Zel­len besie­delt und zum ganz nor­ma­len Kno­chen umge­baut wird. „Ein sol­ches Gerüst wol­len wir mit 3D-Druck-Tech­no­lo­gie her­stel­len“, sagt Ste­fan Baudis. 

Ein beschä­dig­tes Kno­chen­stück lässt sich mit moder­nen bild­ge­ben­den Ver­fah­ren prä­zise ver­mes­sen. Am Com­pu­ter kann dann der gewünschte Kno­chen­ab­schnitt genau aus­wählt wer­den und der 3D-Dru­cker würde inner­halb von Stun­den Schicht für Schicht ein Kno­chen­ge­rüst mit genau der rich­ti­gen Form erzeu­gen — und die­ses wird dann bei der Ope­ra­tion mit dem natür­li­chen Kno­chen verklebt.

Die nöti­gen Eigen­schaf­ten des Knochengerüsts
Mate­ri­al­wis­sen­schaft­li­cher muss das künst­lich her­ge­stellte Kno­chen­ge­rüst jedoch eine ganze Reihe von Anfor­de­run­gen erfül­len. Dazu gehört eine poröse Struk­tur, damit kno­chen­auf­bau­ende Kör­per­zel­len ein­drin­gen kön­nen und der Stoff­trans­port funk­tio­niert. Es muss fest und nicht zu spröde sein, damit es nicht sofort bricht. Es muss vom Kör­per in über­schau­ba­rer Zeit abge­baut wer­den, damit am Ende, wenn es durch natür­li­chen Kno­chen ersetzt wurde, vom Gerüst nichts mehr übrig­bleibt. Außer­dem sol­len bereits Par­ti­kel aus Cal­ci­um­phos­phat im Gerüst ein­ge­baut sein, die dann in das Kno­chen­ma­te­rial umge­wan­delt werden.

Gleich­zei­tig muss das Mate­rial 3D-Druck-taug­lich sein : Es muss zunächst bei Raum­tem­pe­ra­tur flüs­sig blei­ben, bis es mit Licht der pas­sen­den Wel­len­länge bestrahlt wird. Dadurch wird dann eine che­mi­sche Ket­ten­re­ak­tion aus­ge­löst, die das Mate­rial genau an den bestrah­len Stel­len aus­här­tet. „Wir wis­sen bereits viel über die Che­mie der ein­zel­nen nöti­gen Kom­po­nen­ten. Nun for­schen wir an den pas­sen­den Mate­ri­al­ge­mi­schen, mit denen sich all diese Anfor­de­run­gen erfül­len las­sen“, ergänzt Ste­fan Bau­dis. Wei­te­rer Pro­gramm­schwer­punkt des neuen CD-Labors ist die Wei­ter­ent­wick­lung der 3D-Druck-Ver­fah­ren selbst. 

Chris­tian Dopp­ler Labors
In Chris­tian Dopp­ler Labors wird anwen­dungs­ori­en­tierte und wirt­schafts- bzw. pra­xis­nahe Grund­la­gen­for­schung betrie­ben. Wis­sen­schaf­te­rIn­nen koope­rie­ren dazu mit Unter­neh­men. Für die För­de­rung die­ser Zusam­men­ar­beit gilt die Chris­tian Dopp­ler For­schungs­ge­sell­schaft auch inter­na­tio­nal als Best-Practice-Beispiel.

Chris­tian Dopp­ler Labors wer­den von der öffent­li­chen Hand und den betei­lig­ten Unter­neh­men gemein­sam finan­ziert. Wich­tigs­ter öffent­li­cher För­der­ge­ber ist das Bun­des­mi­nis­te­rium für Digi­ta­li­sie­rung und Wirt­schaft (BMDW).