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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Gründer-Duo Josef Chen (l.) und Ivan Tregear (r.) mit dem Roboter Fusion. (c) Kaikaku

Im China-Restaurant seiner Eltern in Linz schälte Josef Chen bereits in seiner Kindheit Kartoffeln und half im Betrieb. Die Idee für sein Startup kam dem Oberösterreicher genau hier: Wiederkehrende Restaurantarbeit mit Robotik zu automatisieren. Über Chens Werdegang hat brutkasten bereits berichtet.

Nach einigen Gründungen verzeichnete Chen durch Kaikaku seinen bislang größten Erfolg: Innerhalb von drei Monaten nach der Gründung im April 2023 konnten dafür bereits 750.000 US-Dollar an Investments eingesammelt werden. Nun gibt der Founder die Übernahme durch das US-Unternehmen Reef, und damit einen erfolgreichen Exit bekannt.

„Kaikaku haben wir in London aufgebaut. Die Idee entstand aber im Restaurant meiner Eltern in Linz. Dass wir jetzt bei Reef daran weiterarbeiten können, macht mich stolz“, sagt Chen.

360 Bowls pro Stunde

Das Herzstück von Kaikaku heißt Fusion, ein modularer Roboter. Im eigenen Bowl-Restaurant Common Room, das bis November 2024 in London geöffnet hatte, wurde der Roboter getestet. Mittlerweile hat Kaikaku fünf Generationen von Fusion entwickelt. Der Roboter portioniert die Zutaten nach Bestellung. Nach Unternehmensangaben schafft die fünfte Generation je nach Konfiguration bis zu 360 Bowls pro Stunde.

30 Mio.-Dollar Bewertung

„Wir haben eine (bisher) unangekündigte Seed-Runde über 4 Millionen Dollar in einer Branche eingesammelt, die die meisten Investoren – ehrlich gesagt – als total unsexy abgeschrieben hatten“, kommentiert der Founder auf LinkedIn. Das Unternehmen wurde nach Angaben von Chen Ende 2025 mit 30. Mio.-US-Dollar bewertet.

Über den jetzigen Verkaufspreis an Reef wird geschwiegen. Was bekannt ist: Kaikaku bringt seine Technologie und sein Kernteam zu Reef.

SoftBank Vision Fund 1 als Investor

Das US-Unternehmen Reef – spezialisiert auf digitale Infrastruktur für Gastronomie und lokale Services – hat seit der Gründung über 1,5 Milliarden US-Dollar Kapital eingeworben. Zu den Investoren zählt unter anderem der 98,6 Milliarden US-Dollar schwere SoftBank Vision Fund 1. Details zur aktuellen Finanzlage, der Eigentümerstruktur oder der genauen Höhe einzelner Beteiligungen lässt Reef in seiner aktuellen Ankündigung allerdings offen.

„Reef ist die Skalierung“

Mit den Worten: „Wir sind nicht hier, um einfach nur einen beeindruckenden Roboter zu bauen. Wir sind angetreten, um zu beweisen, dass die Technologie reif ist, die Unit Economics funktionieren und das Einzige, was jetzt noch fehlt, Skalierung ist. Reef ist diese Skalierung. Bald mehr dazu“, lässt Chen die Zukunft des Unternehmens offen. Was nach Chen jedenfalls feststeht: Im Markt für Gastronomie-Infrastruktur und Kitchen-Tech würde sich derzeit eine Phase hoher Kapitalzuflüsse abzeichnen.

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