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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Der European Venture Sentiment Index deutet eine positive Entwicklung für das nächste Quartal an (c) Adobe Stock
(c) Adobe Stock

„Für das zweite Quartal könnten die Vorzeichen kaum schlechter stehen“, zitierte brutkasten Venionaire im April zur Veröffentlichung des European Venture Sentiment Index für das erste Quartal. Doch – wie so oft – kam es dann doch anders. Die im ersten Quartal durch den Angriff der USA auf den Iran hervorgerufene Krise schlug sich nämlich – anders als etwa die Krise nach Beginn des Ukraine-Kriegs – nicht auf die Risikokapital-Volumina nieder.

Die Zahlen sahen laut Venionaire-Analyse im zweiten Quartal nämlich gut aus: Die Gesamtinvestitionen am europäischen Risikokapitalmarkt nahmen weiter zu und erreichten mit 29 Milliarden US-Dollar einen neuen Rekord. Weiters konnte auch die reine Deal-Anzahl um rund fünf Prozent auf 965 Deals gesteigert werden.

(c) Venionaire Capital

Knapp negativer Indexwert – abermals pessimistischer Ausblick

Dennoch sind die für den quartalsweisen Index befragten Investor:innen nicht in Jubelstimmung. Der Indexwert liegt mit 4,8 knapp unter der neutralen Marke 5. Er ist damit besser als der Wert im Vorquartal und besser als der für das Quartal erwartete Wert (siehe Grafik), aber immer noch nicht positiv. Auch die Erwartung für das kommende Quartal ist mit 4,4 wieder schlechter. „Die Zahlen zeichnen ein positiveres Bild als die Stimmung. Investor:innen sind weiterhin zurückhaltend und warten mit Investments“, analysiert Berthold Baurek-Karlic, Gründer und Vorstandsvorsitzender der Venionaire Capital AG.

(c) Venionaire Capital

Man erkenne eine leichte Stabilisierung, so Baurek-Karlic weiter zum Index-Wert. „Zwar erwarten Investor:innen mehr Aktivität und Wettbewerb im dritten Quartal, doch die großen Sorgen rund um geopolitische Spannungen und handelspolitische Unsicherheit sind aber weiterhin da.“ Es verwundere also nicht, dass der erwartete Index-Wert lediglich 4,4 betrage. Investor:innen würden kurzfristig ohne verlässlichen Ausblick auf die kommenden Quartale agieren, meinen die Analysten von Venionaire Capital.

DeepTech im Vorteil

Und langfristig könnte sich eine Veränderung der Investitionskriterien abzeichnen, erwarten die Analysten. Effizienz und Produktdifferenzierung würden zunehmend als Grundvoraussetzungen gelten. In den Mittelpunkt rücke stattdessen die Frage, ob ein Unternehmen über einen dauerhaft verteidigungsfähigen Wettbewerbsvorteil verfüge. „Investoren hinterfragen verstärkt, ob KI-basierte Produkte tief in Infrastruktur und Arbeitsabläufen verankert sind oder lediglich auf bestehenden Basismodellen aufsetzen. Geschäftsmodelle, deren Kernfunktion kurzfristig von einem großen KI-Anbieter in dessen Plattform integriert werden könnte, werden entsprechend kritischer bewertet“, so Baurek-Karlic.

Davon würden insbesondere Bereiche mit höheren technologischen und physischen Eintrittsbarrieren profitieren, darunter DeepTech, Biotechnologie, Hardware, Robotik und fortschrittliche Fertigung. „Vielleicht stehen wir vor einem goldenen Zeitalter der DeepTech-Unternehmen“, mutmaßt der Venionaire-Gründer.

Größte Runden und stärkste Länder

Diese Erwartungen würden sich in den Top-Investments des zweiten Quartals widerspiegeln: Mit Eurowind Energy (2,3 Mrd. US-Dollar, Energie- und Abfallwirtschaft), Isomorphic Laboratories (2,1 Mrd. US-Dollar, KI-Biotechnologie) und Stegra (1,6 Mrd. US-Dollar, erneuerbare Energien) seien die größten Finanzierungsrunden an Unternehmen gegangen, die nicht einfach vom Markt verdrängt werden können. Im europäischen Risikokapital-Länderranking führte einmal mehr das Vereinigte Königreich (12,3 Mrd. US-Dollar) überlegen vor Deutschland (3,6 Mrd. US-Dollar) und – überraschend dank Eurowind Energy – Dänemark (3 Mrd. US-Dollar).

(c) Venionaire Capital

Und wie geht es weiter? Baurek-Karlic analysiert: „Der Risikokapitalmarkt befindet sich momentan im Wandel. Investor:innen sind bereit, mehr Kapital zur Verfügung zu stellen, wollen dafür aber auch ein gewisses Maß an Sicherheit. Auch im dritten Quartal werden es etabliertere Unternehmen mit einem felsenfesten Geschäftsmodell leichter haben.“

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