Gedrucktes Implantat: Ein Hydrogel aus dem 3D-Drucker könnte künftig Gerüste für medizinische Implantate bilden – beispielsweise Knorpelersatz in Ohren oder Kniegelenken. Die neuen Implantat-Gerüste bestehen aus Nanozellulose, einem aus Holz gewonnen Material. Gemeinsam mit einem Biopolymer lässt es sich in der gewünschten Form drucken und dann mit lebenden Zellen bestücken.
Der 3D-Druck ist längst nicht mehr nur ein Werkzeug der Industrie und Technik – auch in der Medizin kann er nützliche Dienste leisten. So haben bereits verschiedene Silikon-Implantate mittels 3D-Druck produziert und sogar biologische Gewebe wie funktionsfähige menschliche Haut oder künstliche Eierstöcke sind bereits mit Spezialdruckern erzeugt worden. Ein weiteres Anwendungsfeld für den 3D-Druck ist der Einsatz im Tissue-Engineering: Auf maßgeschneiderten bioverträglichen Gerüsten können Forscher Zellen kultivieren und so Gewebe und Organe für die Medizin züchten.
Knorpelersatz aus Nanozellulose
Ein solches Organ-Gerüst haben nun Forscher um Michael Hausmann von der Eidgenössischen Materialprüfungs- und Forschungsanstalt Empa mittels 3D-Druck produziert. Die Besonderheit dabei: Dieses 3D-Gerüst besteht aus Nanozellulose, einem aus Holz gewonnen Biomaterial. „Nanozellulose lässt sich in zähflüssiger Form hervorragend mit dem Bioplotter zu komplexen räumlichen Formen gestalten“, erklärt Hausmann. Es entsteht ein wasserhaltiges Gel.
Einmal ausgehärtet, bleibt die Struktur aus dem Nanozellulose-Hydrogel trotz ihrer Zartheit stabil. Dieses Grundgerüst lässt sich dann mit körpereigenen Zellen und Wirkstoffen bestücken, um biomedizinische Implantate zu erzeugen. Lassen sich beispielsweise Knorpelzellen in das Gerüst integrieren, könnten so Implantate für Menschen mit Knorpelerkrankungen oder Knorpelfehlbildungen mittels 3-D-Druck entstehen.
Eine neue Ohrmuschel
Wie die Forscher erklären, könnten die Nanozellulose-basierten Komposite in Ohrform beispielsweise Kindern mit einer angeborenen Ohrmuschelfehlbildung als Implantat dienen. Bei der sogenannten Mikrotie etwa sind die äußeren Ohren nur unvollständig ausgebildet. Mit einer Rekonstruktion der Ohrmuschel wird die Fehlbildung kosmetisch, aber auch medizinisch behoben, da die Hörfähigkeit ansonsten stark eingeschränkt sein kann. Auch nach Unfällen zerstörte Ohrmuscheln könnten so wiederaufgebaut werden.
Im weiteren Verlauf des Projekts wollen die Forscher die Nanozellulose enthaltenden Hydrogele auch für Kniegelenksimplantate bei Gelenkverschleiß etwa durch chronische Arthritis einsetzen. Denn Struktur, mechanische Kapazität und die Interaktion der Nanozellulose mit ihrer Umgebung lassen sich durch eingebundene Wirkstoffe und Materialien variieren. „Auch Wirkstoffe, die das Wachstum der Knorpelzellen begünstigen oder Gelenkentzündungen lindern, lassen sich in das Hydrogel einbauen“, sagt Hausmann.
Ist das Implantat einmal im Körper eingepflanzt, kann sich ein Teil des Materials biologisch abbauen und mit der Zeit im Körper auflösen. Nanozellulose selbst wird zwar nicht abgebaut, eignet sich aber als biokompatibles Material dennoch gut als Implantat-Gerüst. „Zusätzlich machen die mechanischen Eigenschaften die Nanozellulose zu einem eleganten Kandidaten, da die winzigen, aber stabilen Fasern beispielsweise Zugkräfte sehr gut aufnehmen“, so Hausmann.
Quelle: Empa – Eidgenössische Materialprüfungs- und Forschungsanstalt
