Blaue Knochen

Diagnose: Knochenbruch. Sechs Wochen kann das kaputte Körperteil mindestens nicht benutzt werden. Bei komplizierteren Brüchen wird die Stelle meist mit Nägeln aus chirurgischem Stahl fixiert und erst entfernt, wenn sich neuer Knochen gebildet hat. An einem weit angenehmeren Verfahren, dass defekte Knochen repariert, arbeitet zurzeit die Arbeitsgruppe 3mat, die Carsten Tille und Hermann Seitz am Bonner Forschungsinstitut Caesar leiten. Die Idee der Ingenieure und Chemiker: Das fehlende Knochenstück einfach ausdrucken und dem Patienten einsetzen, wie ein Puzzleteil. "Wir können mit dem 3-D-Drucken Patienten individuelle Knochenersatzimplantate herstellen, die quasi genau in den Defekt passen und somit ideal anwachsen können", sagt der Leiter Hermann Seitz.

Idee aus dem Maschinenbau

Maßgeschneiderter Knochenersatz aus dem Drucker, der aus einem Stoff besteht, der auch im menschlichen Knochen enthalten ist und dort für ausreichende Stabilität sorgt. Die Technik des dreidimensionalen Druckens stammt ursprünglich aus dem Maschinenbau und wurde dort zur Herstellung von Prototypen, Funktions- oder Designmustern verwendet. Um solche Prototypen schnell herzustellen, wurden Verfahren entwickelt, die direkt aus Computerdaten dreidimensionale Modelle aus Kunststoff oder auch aus anderen Materialien herstellen.

Das Druckverfahren wenden die Bonner Forscher von 3mat nun im Bereich der Medizintechnik an. Der Wunderdrucker - ein gerade mal ein mal ein Meter großes Gerät aus silbernen Schienen, Schläuchen und kleinen Kartuschen mit Lösungen. "Das dreidimensionale Drucken funktioniert im Grunde wie ein einfacher Tintenstrahldrucker", sagt Chemikerin Barbara Leukers. "Anstelle des Papiers haben wir ein Pulvermaterial - wir verwenden hier modifiziertes Hydroxylapathit - und anstelle der Farbe benutzen wir eine Binderkomponente. Als Ergebnis erhält man ein dreidimensionales Bauteil, welches wirklich eine Eins-zu-Eins-Kopie des Computermodells darstellt."

Blaue Knochen

Basis des Modells ist die dreidimensionale Computertomografie des Knochenbruchs. Der Computer sendet die Daten dann an den 3-D-Drucker und dieser druckt Schicht für Schicht das fehlende Knochenstück. Anschließend geht es für mehrere Stunden in den über 1000 Grad Celcius heißen Ofen. Heraus kommen stabile, blaue Knochenteilchen, die eine löchrige Struktur haben. Doch wieso sind diese winzigen Löcher wichtig? Die Implantate haben ein Kanalsystem, so dass Blutgefäße einsprießen können, dass körpereigene Zellen einwachsen können. Diese Zellen können das Material abbauen und gleichzeitig wird körpereigener Knochen aufgebaut, so die Forscher.

Implantate also, die in der Zukunft gebrochene Knochen schneller heilen lassen sollen. Derzeit ist das Bonner 3-D-Druckverfahren zwar noch ein gutes Stück von der Marktzulassung entfernt - es wird gerade im Tierversuch getestet - doch die Erwartungen sind hoch, sagt Forschungsleiter Seitz. "Die Visionen sind natürlich sehr groß, bis hin zum künstlichen Gelenk, aber da brauchen wir bestimmt noch 10, 15 Jahre Entwicklungszeit."