04.07.2019

TU Wien erforscht Möglichkeit, Knochen per 3D-Druck herzustellen

Am Christian-Doppler-Labor an der Technischen Universität Wien loten Forscher die Möglichkeiten aus, Knochenersatz-Implantate per 3D-Druck herzustellen. Wir sprachen mit Stefan Baudis, Leiter des CD-Labors, über das Verfahren und über die Herausforderungen, die es noch zu lösen gilt.
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3D-Druck, Knochen, CD Labor, Stefan Baudis
(c) CD Labor - Johannes Stögerer und CD-Labor-Leiter Stefan Baudis (rechts) forschen nach Möglichkeiten um Knochen aus 3D-Druck herzustellen.

Health-Tech und die „Life Sciences“ haben in den letzten Jahren öfters Lösungen in der medizinischen Forschung aufgezeigt. Sei es ein bionischer Anzug oder eine Blutdruck-App, der Bereich schreitet rasant voran. Aktuell erforscht nun ein Team unter der Leitung von Stefan Baudis im neuen „CD-Labor für Fortschrittliche Polymere für Biomaterialien und den 3D-Druck“, wie man Knochen mittels 3D-Druck herstellen kann.

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Material für 3D-Druck gesucht

Der Grundgedanke dabei: Dem Patienten, dem durch Unfälle oder OPs Knochen im Gesicht, Kiefer und Schädel fehlen, selbige zu ersetzen. Die Schwierigkeit dabei ist, passende Materialien für den Aufbau von Knochen zu finden, die sich im 3D-Druck verarbeiten lassen. „Es gibt zwei Arten von Zellen“, erklärt Baudis im Gespräch mit dem brutkasten, „jene, die Knochen abbauen und jene, die sie aufbauen. Daher können Knochenbrüche ganz von selbst wieder verheilen.“ Die Idee daher: Ein Material zu entwickeln, das von Zellen besiedelt werden kann.

Knochengerüst innerhalb weniger Stunden

Baudis spricht in diesem Zusammenhang von einem Gerüst bzw. einer Gesamtstruktur für den Körper, die es körpereigenen Zellen erlaubt, das Material zu einem ganz normalen Knochen umzubauen. Ein beschädigtes Knochenstück ließe sich so mit modernen bildgebenden Verfahren präzise vermessen. Am Computer könnte man dann den gewünschten Knochenabschnitt genau auswählen, der 3D-Drucker würde dann innerhalb von einigen Stunden Schicht für Schicht ein Knochengerüst mit genau der richtigen Form erzeugen, das dann bei der Operation mit dem natürlichen Knochen verklebt wird.

„Implantat darf sich nicht abbauen, bevor Knochen aufgebaut ist“

Dabei gibt es jedoch noch einige Herausforderungen zu überwinden, wie der Experte weiter ausführt. Die Forscher wenden beim 3D-Druck das FDM-Verfarhen (Fused Deposition Modeling) an, bei dem ein Objekt schichtweise aufgebaut wird. Das künstlich hergestellte Knochengerüst muss sodann eine poröse Struktur haben, damit knochenaufbauende Körperzellen eindringen können und der Stofftransport funktioniert. Es muss fest, aber nicht zu spröde sein, damit es nicht sofort bricht und vom Körper in überschaubarer Zeit abgebaut werden kann. Und am Ende, wenn es durch natürlichen Knochen ersetzt wurde, soll vom Gerüst nichts mehr übrig bleiben. Außerdem sollen Partikel aus Calciumphosphat bereits im Gerüst eingebaut sein, die dann in das Knochenmaterial umgewandelt werden. „Das Implantat darf sich nicht abbauen, bevor der Körper den Knochen aufgebaut hat“, sagt Baudis.

Bioresorbierbare Keramik als Knochenersatz

Das Material muss zudem 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 bestrahlten Stellen aushärtet (Stereolithografie). Zu diesem Zweck arbeiten die Forscher mit Lithoz, einem Technologieanbieter für 3D-Druck für Hochleistungskeramik und bioresorbierbare Keramiken,zusammen. Deren Materialien – Tricalciumphosphat und Hydroxylapatit – sind keramische Werkstoffe, die sich aufgrund ihrer osteokonduktiven und bioresorbierbaren Materialeigenschaften als Knochenersatzmaterial eignen.

„Noch in Kinderschuhen“

Zwecks klinischer Umsetzbarkeit des Vorhabens wird das Projekt von der Trauma Care Consult Traumatologische Forschung Gemeinnützige Gesellschaft (TCC) unterstützt. Und wie lange wird es dauern, bis der 3D-Druck-Knochenersatz weitläufig nutzbar wird? „Wir stecken noch in den Kinderschuhen und betreiben Grundlagenforschung“, sagt Baudis: „Das CD-Labor ist eine große Chance, an dessen Ende wir hoffen, ein Baukasten-System entwickelt zu haben, mit dem wir die Abbaugeschwindigkeit des Materials regulieren können.“


⇒ Christian Doppler Forschungsgesellschaft

 

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Combyn, Biogena
© zVg - Der BioCore Loop von Combyn.

Die Combyn Health Care GmbH mit Sitz in Graz entwickelt medizintechnische Lösungen für Prävention und Gesundheitsanalyse. Mit dem BioCore Loop hat das Unternehmen einen Health Kiosk entwickelt, der eigenen Angaben nach mehrere Untersuchungsmethoden in einem Gerät vereint und die erhobenen Gesundheitsdaten unmittelbar nach der Messung aufbereitet.

Dafür gab es (bereits im August) ein Investment von Biogena. Über die Höhe und die Beteiligungsverhältnisse wurde Stillschweigen vereinbart – laut wirtschaft.at ist aber öffentlich ersichtlich, dass sich Biogena laut Letztstand 5,68 Prozent der Anteile gesichert hat.

Combyn: BioCore Loop im Zentrum

Im Zentrum der Zusammenarbeit steht der erwähnte BioCore Loop. Das System ermöglicht nach Angaben des Unternehmens eine vollautomatisierte Gesundheitsmessung in weniger als fünf Minuten. Die Messung könne selbstständig und ohne unmittelbare Unterstützung durch medizinisches Fachpersonal durchgeführt werden.

Der BioCore Loop erfasst unter anderem Gesundheitsparameter zu Herz und Kreislauf, autonomem Nervensystem, Gefäßsteifigkeit, Flüssigkeitshaushalt, Muskelmasse und Körperfett. Die Ergebnisse werden aufbereitet und sollen medizinisches Fachpersonal bei der Einschätzung ausgewählter gesundheitlicher Risiken unterstützen. Darüber hinaus unterstützt das System die Einschätzung gesundheitlicher Risiken wie Osteoporose, Diabetes, Sarkopenie oder Herzinsuffizienz, wie es heißt.

BioCore Loop wurde in Österreich entwickelt und die Technologie wurde laut Unternehmensangaben an mehr als 6.000 Patienten validiert. Das System wird heute unter anderem in österreichischen Schwerpunktkrankenhäusern sowie in Forschungseinrichtungen in den USA und Finnland eingesetzt.

Früherkennung als Credo

„Die Zukunft der Medizin beginnt nicht erst dann, wenn ein Mensch krank ist. Sie beginnt damit, gesundheitliche Veränderungen und Risiken frühzeitig zu erkennen und daraus die richtigen Maßnahmen abzuleiten“, sagt Albert Schmidbauer, Gründer und CEO der Biogena Group. „Combyn hat eine Technologie entwickelt, die komplexe Gesundheitsdaten innerhalb weniger Minuten verfügbar und für die weitere Einordnung nutzbar macht. Diese Verbindung aus Wissenschaft, Prävention, Effizienz und einfacher Anwendung hat uns überzeugt.“

Für Biogena ist die Beteiligung ein weiterer Schritt in der Entwicklung vom Mikronährstoffunternehmen zu einem umfassenden Gesundheitsökosystem, wie auch Schmidbauer brutkasten gegenüber im Juli erklärte: Dieses umfasst neben Premium-Mikronährstoffen auch Diagnostik, Biohacking, Longevity-Anwendungen, Gesundheitswissen und personalisierte Präventionskonzepte.

„Wir stellen nicht nur Kapital zur Verfügung. Wir wollen Combyn mit unserer Erfahrung, unserem Netzwerk von mehr als 30.000 Ärztinnen, Ärzten sowie Therapeutinnen und Therapeuten und unserem Zugang zu gesundheitsbewussten Kundinnen und Kunden bei der weiteren Entwicklung und der Marktexpansion unterstützen“, präzisiert Schmidbauer. „Unser gemeinsames Ziel ist es, fundierte Gesundheitsanalysen und personalisierte Prävention einfacher, schneller und für deutlich mehr Menschen zugänglich zu machen.“

Combyn tritt in neue Phase

Mit dem Abschluss der Finanzierungsrunde sieht Combyn die Grundlage geschaffen, in die nächste Phase seiner Unternehmensentwicklung zu treten. Im Fokus stehen die Weiterentwicklung der Technologie, die Skalierung des Vertriebs und die stärkere Integration des BioCore Loops in medizinische und präventive Versorgungsmodelle.

„Mit Albert Schmidbauer und der Biogena Group gewinnen wir Partner, die den Gesundheitsmarkt seit vielen Jahren kennen und unsere Vision einer modernen, zugänglichen Präventionsmedizin teilen“, sagt Christoph Grimmer, CEO von Combyn Health Care. „Biogena bringt neben großer unternehmerischer Erfahrung ein außergewöhnlich starkes Netzwerk im medizinischen Bereich mit. Diese Kombination eröffnet uns wertvolle Möglichkeiten, unsere Technologie schneller in die breite Anwendung zu bringen.“

Falko Skrabal, Gründer und Medical Advisor von Combyn Health Care, ergänzt: „Der modernen Medizin stehen immer mehr Daten und diagnostische Möglichkeiten zur Verfügung. Entscheidend ist, diese Informationen so zusammenzuführen, dass sie im Alltag einfach, schnell und sinnvoll nutzbar werden. Genau dafür haben wir den BioCore Loop entwickelt.“

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