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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Giacomo Benassi (Kinsect), Matthäus Kircher (Solos) und Manuel Mairinger (Reploid) zeigen, wie Startup-Kollaboration funktionieren kann. © NOI Techpark/Marco Parisi

Dieser Text ist zuerst im brutkasten-Printmagazin von August 2026 „Aufbrechen“ erschienen. Eine Download-Möglichkeit des gesamten Magazins findet sich am Ende dieses Artikels.


Es wurlt in der Larvenkiste des österreichischen Scaleups Reploid: Larven der Schwarzen Soldatenfliege werden hier seit einigen Tagen gemästet. Sie ahnen natürlich nicht, dass sie bald eine wichtige Rolle im Kreislaufkonzept dreier Jungunternehmen spielen werden.

Zuerst aber dorthin, wo alles begonnen hat: an den NOI Techpark in Bozen, Südtirol. Auch hier wurlt es, nur bringen statt Insektenlarven Startups Leben in das 12 Hektar große Innovationsviertel. Aktuell arbeiten 76 Unternehmen, 37 Startups, drei Forschungsinstitute, vier Fakultäten der Freien Universität Bozen und insgesamt 2.400 Menschen hier gemeinsam für nachhaltigen Fortschritt. Man tüftelt in den Laboren an Prototypen, vernetzt sich auf Events, feilt beim Spaziergang über den 2017 eröffneten Campus, der sich inzwischen stark vergrößert und weiterentwickelt hat, an der nächsten Idee. Was Gründer:innen hier aber am meisten schätzen: das weitreichende Netzwerk.

Nicht gesucht – trotzdem gefunden

„Wer am NOI Techpark Fuß fasst, bekommt Zugang zu etablierten Akteuren und Investoren in Südtirol“, erklärt Manuel Mairinger, Managing Director und CEO von Reploid Italia. Das ursprünglich aus Österreich stammende Insekten-Scaleup hat sich bei der Expansion nach Italien wegen der hervorragenden Lage zwischen Österreich und Mailand für das Acceleration & Scale-up Programme des NOI Techpark als Launchpad entschieden. „Das NOI baut als renommierter Partner die Brücke zu potenziellen Kund:innen und Partner:innen, ganz ohne die Hilfe von Plattformen wie LinkedIn“, fügt der Reploid-Italia-CEO hinzu.

Mairinger weiß genau, wovon er spricht. Reploid Italia ist eines von drei am NOI inkubierten Jungunternehmen, die zeigen, wie Startup-Kollaboration funktionieren kann. Initiiert hat die Zusammenarbeit Sonja Tetter vom Team des Start-up Incubator. „Wir arbeiten sehr eng mit unseren Startups zusammen, kennen ihre Geschäftsmodelle, Technologien und Herausforderungen. Deshalb sehen wir relativ früh, wo eine Kooperation wirklich Mehrwert schaffen könnte“, erläutert Tetter. Gemeinsam wollen die drei Unternehmen zur regionalen Kreislaufwirtschaft in Bozen beitragen. Und hier kommt die Larve der Schwarzen Soldatenfliege wieder ins Spiel.

Die Schwarze Soldatenfliege als Gamechanger

Die Larve der Schwarzen Soldatenfliege wird rund 25 Millimeter groß. © Reploid/Fabian Fallend

Nach nur einer Woche sind die Larven laut Reploid mit rund 25 Millimetern ausgewachsen und überzeugen mit innerer Größe: Sie sind sehr reich an tierischem Protein. Das aus ihnen gewonnene Mehl kann einen Proteingehalt von über 62 Prozent aufweisen.

Das macht die Larven zum potenziellen Proteinersatz, vor allem im Futtermittelbereich, etwa für Fische. „Wir züchten Welse, das sind Fleischfresser“, erklärt Matthäus Kircher, Gründer von Solos. Das Südtiroler Startup betreibt Aquaponik und verbindet Fischzucht mit dem Anbau von Kräutern und Salat.

Das Prinzip dahinter: Die Fische reichern das Wasser durch ihre Ausscheidungen mit natürlichen Nährstoffen an, ein Biofilter leitet es ins Pflanzenbecken, wo Salat und Kräuter die Nährstoffe aufnehmen und das Wasser reinigen, bevor es zurück zu den Fischen fließt. So entsteht ein geschlossener Kreislauf im Zeichen der Nachhaltigkeit.

Ein Punkt war Kircher dabei allerdings von Anfang an ein Dorn im Auge: das mit Fischmehl angereicherte Futter. „Bereits vor vier Jahren haben wir uns gefragt, wie wir tierische Proteine ohne Fischmehl verfüttern können“, erzählt er. Insekten bildeten schließlich die Lösung. Eine Studie ergab: Futtermischungen auf Insektenmehlbasis, angereichert mit Spirulina-Algen, lassen den Omega-3-Gehalt im Fischfilet höher ausfallen als bei herkömmlich gefütterten Tieren.

Aus Reststoffen wird Futtermittel

Insektenlarven werden durch die Kooperation zu nachhaltigem Fischfutter © NOI Techpark/Marco Parisi

Hier kommt Reploid ins Spiel: Das Unternehmen implementiert modulare Anlagen, die sogenannten „ReFarm-Units“. Dort verarbeiten Larven der Schwarzen Soldatenfliege regionale Reststoffe zu Insektenprotein und -fett für Futtermittel- sowie Industrieanwendungen. Ein weiteres Nebenprodukt ist der Insektenfraß, also die Ausscheidungen, aus denen organischer Dünger entsteht. Den dritten Baustein liefert Kinsect: Das italienische Startup entwickelt Technologien für die industrielle Zucht der Fliege und liefert Eier sowie Junglarven.

Am Standort von Solos in Tramin greifen so die unterschiedlichen Kompetenzen ineinander: Die von Kinsect bereitgestellten Larven werden in einer Insektenmastanlage von Reploid mit Lebensmittelnebenprodukten wie Apfeltrester, Kartoffelschalen oder Altbrot gefüttert. Solos nutzt sie anschließend als nachhaltiges Futtermittel in der Fischzucht. So soll Fischmehl ersetzt, sollen organische Reststoffe sinnvoll verwertet werden. Neben den ökologischen Vorteilen ergeben sich durch das Vorzeigeprojekt und den realen Usecase natürlich auch wirtschaftliche Vorteile, von denen die drei Startups profitieren.

Drei Ansätze, ein gemeinsamer Nenner

Es ist eine Kooperation im Namen der Kreislaufwirtschaft, die ohne den NOI Techpark nie zustande gekommen wäre. „Am NOI Techpark konnte diese Synergie organisch entstehen“, fasst Kinsect-CEO Giacomo Benassi zusammen. „Dank der Zusammenarbeit im selben Ökosystem konnten wir viel schneller Vertrauen zueinander aufbauen.“ Der NOI Techpark ermöglicht damit nicht nur grenzüberschreitende, sondern auch branchenübergreifende Vernetzungen, die Startups entscheidend weiterbringen.

Und so wurlt es weiter am NOI Techpark. Jedes Jahr kommen neue Startups zur NOI-Community dazu. Für den Herbst-Batch kann man sich noch bis zum 5. Oktober bewerben – vielleicht entsteht daraus bald die nächste erfolgreiche grenzüberschreitende Startup-Kooperation.

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