Præcis tilpasning af knogleimplantater fra printeren

Kræftsvulster, infektioner eller dårlige brud kan gøre det nødvendigt at kirurgisk fjerne knogler og indsætte implantater i stedet for. I samarbejde med europæiske partnere, Fraunhofer-forskere har nu udviklet en teknik, hvormed knogleimplantater, der passer præcist, stabil og variabel i dimensioner kan 3-D printes fra en speciel plast. Hemmeligheden ligger i trykkeprocessen, hvor de enkelte lag behandles med koldt plasma for at forbedre bindingen af ​​knogledannende celler.

Mens konventionelle overfladebehandlinger, der anvender lavtryks- eller atmosfæriske trykteknikker, har en begrænset penetration ind i det indre af knogleimplantater, den nye metode gør det muligt at påføre en cellevækstfremmende belægning også på det indre af implantaterne. Til denne ende, holdet af forskere ved Fraunhofer Institute for Surface Engineering and Thin Films IST bruger en plasmastråle. Enheden blæser en kold stråle af plasma indeholdende reaktive grupper direkte på de trykte lag. Aminogrupperne binder sig til overfladen og sikrer, at knogleceller finder et passende substrat, som de let klæber til. Et unikt træk ved teknikken er, at 3-D print- og belægningsprocesserne går hånd i hånd og er kombineret i én enhed. Fordi der ikke kræves nogen kemisk forbehandling med opløsningsmidler til belægningen, det er ikke kun omkostningseffektivt, men også miljøvenlig.

Stilladset, som implantatet er bygget op omkring, er lavet af en speciel copolymer, der er modelleret efter den naturlige knogle. 3-D printteknikken tillader meget individuel, præcist passende design og stabilitet. "Vores mål er, at knoglecellerne skal vokse ind i den syntetiske struktur så hurtigt som muligt og til sidst erstatte implantatet, som gradvist nedbrydes af kroppens egne enzymer, " forklarer Dr. Jochen Borris, som leder forretningsenheden Life Science and Ecology hos Fraunhofer IST.

Variabel takket være sofistikerede fyldstoffer

Den mekaniske stabilitet af implantatet kan styres ikke kun via tætheden af ​​den trykte stilladsstruktur, men også via specielle fyldstoffer, der tilsættes til copolymeren:jo højere fyldstofkoncentrationen, jo større stabilitet. "Denne udvikling af vores projektpartnere fra Maastricht University gør det muligt individuelt at variere stabiliteten inde i implantatet. Ligesom naturlige knogler, implantater kan nu have områder med forskellige styrker, " siger Dr. Thomas Neubert, leder af EU-projektet hos Fraunhofer IST.

I øvrigt, aktive lægemiddelingredienser såsom antibiotika kan inkorporeres i fyldstoffet for at reducere risikoen for infektion.

Projektteamet har med succes gennemført projekttrinene til dato; nu planlægger den at ændre teknikken og bringe den til anvendelsesmodenhed. På nuværende tidspunkt forsøgsopstillingen er stadig i laboratorieskala.

"Vi arbejder i øjeblikket på at forenkle processen og gøre den mere stabil. For at kunne fortsætte udviklingen og udføre kliniske undersøgelser, vi er på jagt efter industrielle partnere, " siger Borris. Den innovative teknik rummer et stort potentiale for at tilpasse knogleimplantater meget præcist til patienternes individuelle behov. "Med vores metode, vi er i stand til at kontrollere formen, porøsitet, mekanisk stabilitet og biomekaniske egenskaber godt og variere dem inden for implantaterne. Det betyder, at vi kan producere områder med forskellige styrker eller porøsiteter, som også kan belægges med forskellige funktionelle grupper." læger kunne være i stand til at formulere kravene til hver patient baseret på scannede billeder og sende data til medicinske trykkerier, hvor de præcist passende implantater så ville blive printet.