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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Bild: KI-generiert / Google Gemini

Die europäischen NATO-Länder werden ihre Verteidigungsausgaben in den kommenden zehn Jahren massiv erhöhen. Neben den direkten Verteidigungsausgaben, die auf 3,5 Prozent des Bruttoinlandsprodukts steigen sollen, sind weitere 1,5 Prozent des BIP für sicherheitsrelevante Investitionen vorgesehen: etwa für die Anpassung der Verkehrsinfrastruktur, für den Bevölkerungsschutz oder für Cyber- und Netzwerksicherheit. Europaweit entspricht das jährlich rund 320 Mrd. Euro.

Auch für Österreich als Nicht-NATO-Staat hat das Folgen. Legt man das 1,5-Prozent-Ziel als Referenzmaßstab zugrunde, ergibt sich ein potenzieller jährlicher Investitionsbedarf von rund 7,5 Mrd. Euro. Das geht aus der Studie „Verteidigungsrelevante Infrastruktur als Rückgrat souveräner Sicherheitsvorsorge“ von EY und der deutschen DekaBank hervor.

Jeder Euro löst 2,45 Euro aus

Die Investitionen stoßen laut Studie in den europäischen NATO-Ländern eine Produktion von insgesamt 822 Mrd. Euro pro Jahr an, 17 Mrd. Euro davon entfallen auf Österreich. Jeder investierte Euro führt demnach zu einem gesamtwirtschaftlichen Impuls von etwa 2,45 Euro. Profitieren dürften vor allem Bauunternehmen, Informations- und Kommunikationsunternehmen, Logistikfirmen sowie die Elektronik- und Elektrotechnikbranche.

Dazu kommen die Beschäftigungseffekte: Sofern die Infrastrukturinvestitionen wie vorgesehen zu ohnehin geplanten Projekten erfolgen, entstehen europaweit 4,4 Millionen Arbeitsplätze. Knapp 1,8 Millionen davon direkt in der Infrastrukturindustrie, ähnlich viele bei Zulieferern. In Österreich wären es rund 75.000 Jobs.

„Investitionen in Infrastruktur, von Mobilität über Energie bis zu Häfen, Flughäfen, Schutzräumen und Cyber-Sicherheit, bilden das Rückgrat militärischer Fähigkeiten“, sagt Axel Preiss, Partner bei EY Österreich und Defence Leader Europe. Die Effekte gingen über den Rüstungssektor hinaus: Solche Investitionen könnten die Konjunktur stärker ankurbeln als Rüstungsinvestitionen im engeren Sinn und bieten zugleich die Chance auf eine Modernisierung von Logistik, Verkehr und Energie.

Investitionsstau und knappe Kassen

Der Bedarf trifft allerdings auf strukturelle Engpässe. In Österreich wie in ganz Europa besteht bereits heute ein hoher Investitionsstau, die zugesagten Mittel müssten zusätzlich und möglichst kurzfristig aufgebracht werden.

Für Matthias Danne, stellvertretender Vorsitzender des Vorstands der DekaBank, führt daran kein Weg vorbei: „Der Staat wird die hohen Kosten der militärischen Infrastrukturinvestitionen nicht allein schultern können, ohne privates Kapital ist eine ausreichende Resilienz nicht erreichbar.“ Er verweist auf ÖPP-Modelle, die bei deutschen Behörden unbeliebt, international aber etabliert seien. Besonders bei Dual-Use-fähiger Infrastruktur in den Bereichen Energie, Netze, Logistik und Kommunikation ermögliche privates Kapital eine zügigere Skalierung. Auch in Österreich werde verstärkt diskutiert, wie sich privates Kapital für öffentliche Zukunftsprojekte mobilisieren lässt, ergänzt Preiss.

Als weitere Hürden nennt der EY-Partner lange Vorlaufzeiten, komplexe Genehmigungsverfahren und begrenzte kurzfristige Skalierbarkeit. Nötig seien daher beschleunigte Genehmigungen, eine koordinierte zivil-militärische Planung und eine stärkere europäische Abstimmung bei grenzüberschreitender Infrastruktur.

Was das für die heimische Szene bedeutet

Für Österreichs Technologieunternehmen trifft der erwartete Investitionsschub auf ein Feld, das sich gerade erst öffnet. Reine DefenseTech-Startups gibt es hierzulande kaum, die meisten agieren im Dual-Use-Bereich, also mit Produkten, die sich zivil wie militärisch einsetzen lassen. Genau dort setzt auch die Studie an, wenn sie Dual-Use-fähige Infrastruktur in Energie, Netzen, Logistik und Kommunikation als bevorzugtes Feld für privates Kapital nennt. Bewegung kommt zusätzlich von politischer Seite: Wirtschaftsminister Wolfgang Hattmannsdorfer hat angekündigt, gesetzliche Hürden für die heimische Rüstungs- und DefenseTech-Branche abzubauen, unter der Bedingung, dass die Neutralität gewahrt bleibt.

Erste Finanzierungsrunden zeigen, dass das Thema auch bei Investor:innen ankommt. Das 2025 gegründete Grazer Startup GuardAero, dessen Systeme Drohnenbedrohungen an Militärfahrzeugen autonom erkennen und neutralisieren, holte sich zuletzt ein Seed-Investment im niedrigen Millionenbereich von Angels United und der Beteiligungsgesellschaft von Bernhard Klemen. Zuvor hatte das Team die „Austrian Defence Innovation Garage 2025“ gewonnen und kooperiert bei Entwicklungstests mit dem Bundesheer. Ob die von EY skizzierten Milliarden tatsächlich auch bei heimischen Startups landen, wird weniger von den Zusagen abhängen als von Genehmigungsverfahren, Vergabepraxis und der Frage, wie schnell Österreich seinen eigenen regulatorischen Rahmen nachschärft.

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