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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CEO und Founder von Easelink (vierter v.l.) und Gunter Meyer, Chief Market Officer von SEG Automotive (dritter v.l.) verkünden die Zusammenarbeit. (c) Easelink

E-Fahrzeuge laden, ganz ohne ein Kabel manuell anzuschließen. Das steckt hinter der Matrix-Charging-Technologie vom Grazer Startup Easelink. Erst letztes Jahr gründete das Unternehmen seine Matrix Charging Interest Group (MCIG), eine Branchenkooperation gemeinsam mit Audi, Nissan und dem chinesischen Anbieter Voyah, wie brutkasten berichtete.

Jetzt konnte auch SEG Automotive als Partner gewonnen werden, einer der weltweit führenden Zulieferer von Antriebskomponenten für die Automobilindustrie.

Kabelloses Laden

Eine der größten Änderungen, wenn man von einem Verbrenner auf ein E-Auto umsteigt, ist das Laden. Matrix-Charging setzt hier an, denn es funktioniert ohne Kabel: Ein Connector, der sich unter dem Fahrzeug im Bereich der Vorderachse befindet, senkt sich automatisch ab und verbindet sich mit dem Lade-Pad auf dem Parkplatz. Vor allem bei Taxis ist das von Vorteil. Hier hat Easelink bereits 2023 das Pilotprojekt „eTaxi Austria“ gestartet.

Steigende Bedeutung

Laut Easelink seien vor allem steigende Anforderungen an Nutzerkomfort, neue autonome Fahrzeugfunktionen und der Wunsch nach einer Integration von E-Fahrzeugen in intelligente Energiesysteme die Gründe, die die Bedeutung von automatisierten Ladelösungen steigen lassen.

„Wir sehen großes Potenzial für automatisierte Ladelösungen und möchten unseren Kunden künftig entsprechende Produkte und Integrationslösungen anbieten. Gleichzeitig unterstützen wir die Standardisierung innerhalb der MCIG, als wichtigen Schritt für Marktakzeptanz, langfristige Interoperabilität und somit auch Investitionssicherheit“, sagt Gunter Meyer, Chief Market Officer New Business bei SEG Automotive.

Aufnahme in Produktportfolio

Beide Partner verfolgen das Ziel, die Industrialisierung und Markteinführung von Matrix-Charging voranzutreiben. SEG Automotive wird daher die Ladetechnologie künftig direkt den großen Autoherstellern (OEMs) anbieten, damit diese die Technik in ihre neuen Autos einbauen können. SEG Automotive bereitet die Aufnahme der Matrix Charging Technologie in das eigene Produktportfolio bereits vor.

Außerdem wird SEG Automotive wie die anderen zuvor genannten Autohersteller, der Matrix Charging Interest Group (MCIG) beitreten. Die MCIG vereint Unternehmen entlang der gesamten Wertschöpfungskette des automatisierten Ladens.

„Wichtiger Baustein unserer Mission“

„Wir freuen uns sehr auf die Zusammenarbeit mit SEG Automotive. Die Partnerschaft ist ein wichtiger Baustein unserer Mission, Innovation voranzutreiben und gemeinsam mit starken Industriepartnern den globalen Standard für automatisiertes Laden zu etablieren. Durch die Lizenzierung der Matrix-Charging-Technologie schaffen wir die Voraussetzungen für eine schnelle Skalierung und können die Technologie optimal in bestehende Wertschöpfungsketten der Automobilindustrie integrieren“, äußert sich Hermann Stockinger, CEO und Gründer von Easelink, über die Partnerschaft.

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