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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Foxyfitness
© Foxyfitness - (v.l.) René Giretzlehner, Florian Gschwandtner und Christian Kaar.

2023 und somit acht Jahre nach dem Runtastic-Exit an Adidas startete Florian Gschwandtner seine neue App Foxyfitness. Anfänglich noch als „Sidehustle“ tituliert, vergrößerte sich die Foxyfitness GmbH und es kamen seine Runtastic-Co-Founder René Giretzlehner und Christian Kaar mit ins Boot.

Gschwandtner verkaufte vor rund einem Jahr zwei Drittel seines neuen Startups an seine ehemaligen Kollegen und es wurde ein neues Ziel ausgerufen: Ein KI-getriebenes App-Unternehmen aus Österreich zu erschaffen – brutkasten berichtete.

Zone5: Kamera erkennt Übungen

Nun und nach einer mehrwöchigen Beta-Phase stellt die Foxyfitness GmbH mit Zone5 eine neue App im Bereich Longevity vor. Die Anwendung nutzt Augmented Reality und Künstliche Intelligenz, um Übungen über die Smartphone-Kamera zu erkennen, zu zählen und in Echtzeit anzuleiten. Dafür sind weder Sensoren noch Wearables oder zusätzliche Hardware erforderlich.

„Zone5 ist ein Produkt wie die 100 Push-ups App„, erklärt Gschwandtner brutkasten gegenüber. „Eine Fitness-App, bei der die Kamera dein Coach wird, inklusive Trainingsplan.“

Die Kamera erkennt mehr als 30 Übungen (Seilspringen, Burpees etc.) automatisch, zählt jede Wiederholung und gibt Feedback. Die Workouts dauern fünf bis 30 Minuten und trainieren gezielt in zwei Intensitätsbereichen: in Zone 2 für die aerobe Grundlage und den Fettstoffwechsel, oder in Zone 5 für maximale Intensität und die Entwicklung der VO2max – jenem Wert, der – laut dem Foxyfitness-Team – in der Longevity-Forschung als einer der stärksten Marker für Gesundheitsspanne und Lebenserwartung gilt.

(c) Foxyfitness

Oder anders gesagt: „Als die maximale Menge an Sauerstoff in Millilitern, die ein Körper während einer körperlichen Belastung pro Minute und Kilogramm Körpergewicht aufnehmen und verwerten kann“.

Longevity-Gedanke kam aus Selbst-Analyse

„Der Longevity-Gedanke (Anm.: bei diesem Projekt) kam eigentlich aus der Selbst-Analyse. Ich beschäftige mich viel mit dieser Thematik“, erklärt Gschwandtner. „Es ist natürlich ein Trend-Thema, aber es geht nicht nur darum ’nur gesund‘ zu leben, sondern auch darum, die Lebenserwartung zu erhöhen und gesund älter zu werden. Heutzutage fangen Menschen ab 30 damit an. Man muss sich bloß ansehen, was im Bereich der Supplements, der Blutanalyse, in Longevity-Laboren oder beim IHHT-Training (Anm.: Intermittierendes Hypoxie-Hyperoxie) passiert.“

Dabei ist für den Gründer vor allem der VO2-max-Wert als Longevity-Indikator essentiell. Gschwandtner zufolge sollte man idealerweise 20 Minuten in der Woche (beim Training) in der Gegend der Zone 5 – also in der höchsten Herzfrequenzzone – verbringen, weil es diesen Wert steigere. „Genau, das ist bei uns einer der Punkte und Gedanken dahinter“, sagt er.

Automatischer Trainingsplan und Zeitraffer

Zone5 bietet für Personen, die nicht selbst planen wollen, auch einen automatisierten 12-Wochen-Trainingsplan, bei dem die App Umfang, Intensität und Übungsauswahl wöchentlich festlegt und an den individuellen Fortschritt anpasst. Alle Trainingseinheiten werden mit Apple Health synchronisiert und können in ein bestehendes Gesundheits- und Trainingsprofil eingebunden werden.

Ein weiteres Merkmal ist die automatische Aufzeichnung jeder Trainingseinheit als Zeitraffer-Video, das lokal auf dem Smartphone gespeichert wird und Übungen, Wiederholungen sowie Trainingszone zeigt. Die Videos sind für das Teilen auf Plattformen wie TikTok, Instagram-Reels oder für Stories vorgesehen und sollen kurze Trainingseinheiten in ein sichtbares, teilbares Ergebnis verwandeln.

Zone5: Cross-Selling und Symbiosen in Planung

„Die meisten Menschen wissen, dass Ausdauer und Kraft die besten Investments in ein langes, gesundes Leben sind. Woran es scheitert, sind nicht die Erkenntnisse, sondern Zeit, Ausrüstung und Anleitung. Genau da setzt Zone5 an: Du brauchst zehn Minuten, ein Smartphone und keinerlei Vorwissen – deine Kamera übernimmt den Rest“, sagt Gschwandtner, der sich des Erfolgs der App sicher ist und andeutet, was aus der Foxyfitness noch kommen wird.

„Ich glaube, es muss gar nicht alles so groß wie Runtastic werden“, sagt er. „Ich bin aber davon überzeugt, dass es eine sehr erfolgreiche App werden kann. Vor allem über eine mittelfristige Zeit, wenn wir noch die eine oder andere App im Fitnessbereich entwickeln und sich gutes Cross-Selling bzw. Symbiosen ergeben.“ Zone5 ist ab sofort im App Store und auf Google Play verfügbar.

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