Innovative Polymerkomposite für die patientenindividuelle additive Fertigung biodegradabler Kieferimplantate (InnoPoly)

Biomaterialien

Auf Basis von 3D Computertomographie-Bilddaten eines Patienten individuell mit dem Verfahren des selektiven Laserschmelzens hergestellte Titan-Platte für die segmentale Unterkieferrekonstruktion

Innovative Polymerkomposite für die patientenindividuelle additive Fertigung biodegradabler Kieferimplantate (InnoPoly)

Kompetenzen:

  • Implantate

    Zahn/Kiefer

    Knochen

    Materialsynthese

Koordinator:

  • Frank Reinauer

    Karl Leibinger Medizintechnik GmbH & Co. KG

Projektlaufzeit:

01.09.2018 - 31.08.2021

Aufgaben im Projekt

Karl Leibinger Medizintechnik GmbH & Co. KG
Erarbeitung und Charakterisierung strukturierter Hybridimplantate aus biodegradablen Polymeren und Calciumphosphatzementen unter MPG-konformen Bedingungen

InnoTERE GmbH
Erforschung von strontium- und magnesiumhaltigen Knochenzementen für den 3D-Druck: materialwissenschaftliche Charakterisierung und Kompatibilität zu Polymerkomponenten

TU Dresden
Herstellung und biologische Charakterisierung von Hybridstrukturen aus biodegradablen Polymeren und Calciumphosphatzementen

Beschreibung

Auf Basis von 3D Computertomographie-Bilddaten eines Patienten individuell mit dem Verfahren des selektiven Laserschmelzens hergestellte Titan-Platte für die segmentale Unterkieferrekonstruktion
Abbildung: Auf Basis von 3D Computertomographie-Bilddaten eines Patienten individuell mit dem Verfahren des selektiven Laserschmelzens hergestellte Titan-Platte für die segmentale Unterkieferrekonstruktion. Quelle: Karl Leibinger Medizintechnik GmbH (KLS Martin Group)

3D-Gedruckte bioabbaubare Implantate für Knochendefekte im Gesichtsbereich

Im Projekt InnoPoly konnten verschiedene Polymere mit diversen carbonat- und phosphathaltigen Mineralen zu neuartigen Kompositen verarbeitet werden. Für die Verarbeitung der Polymere bzw. polymerhaltigen Compounds, wurde sowohl das extrusionsbasierte Verfahren mittels AKF als auch das FDM-Verfahren erfolgreich angewendet und Scaffolds mit spezifischen dreidimensionalen Konfigurationen erarbeitet. 

Die Verarbeitung der Calciumphosphat-Paste ließ sich, aufgrund technischer Grenzen der Calciumphosphat-Paste sowie der vorhandenen AKF Anlage, ausschließlich auf der FDM Anlage realisieren.

Die geplante bi-phasige Hybridstruktur konnte realisiert werden, allerdings mussten aufgrund der stark unterschiedlichen Prozessführung der Biopolymere und der Calciumphosphat-Paste die Prozessführung in spezifischer Art und Weise angepasst werden, was eine Umsetzung unter wirtschaftlichen Aspekten deutlich erschwert. Als Alternative zur biphasischen Hybridstruktur wurde daher ein Schalen-Modell erarbeitet. Dieses Modell hat den entscheidenden Vorteil, dass sowohl das Polymer als auch die CPC Paste jeweils optimal verarbeitet und nachbearbeitet werden können, da sich diese nicht gegenseitig negativ beeinflussen. In einem zweiten Prozess-Schritt können diese beiden Materialien durch das Sonic Weld System verbunden werden und dadurch eine hybride Struktur abbilden.

Weiterhin wurden Machbarkeitsstudien im Tiermodel initiiert. Als lasttragendes Element wurde anhand vorangegangener FEM Studien und biomechanischen Versuche eine für die zu untersuchenden Defekte, optimierte Titanplatte erarbeitet. Bei den ersten vier Minipigs wurde somit jeweils ein resorbierbares Knochenersatz-Implantat zusammen mit einer lasttragenden Titanplatte eingesetzt. 

Beide bislang eingesetzten Materialkomponenten (Poly D-L Lactid, sowie ein Compound aus Poly D-L Lactid und Calcimcarbonat) hatten bei den vorangegangenen in vitro Studien hinsichtlich Bioverträglichkeit und mechanisch/chemischen Eigenschaften gut abgeschnitten. Zusätzlich zeigten sich bei beiden Materialgruppen überraschende in vivo bioaktive Effekte, welche in dieser speziellen Tierversuchskonfiguration in der ermittelten Intensität nicht erwartbar waren. Aufgrund der erzielten Effekte wurden für die noch folgenden Versuche spezifischere Materialcompounds erarbeitet, welche ab Q3/2021 implantiert werden sollen.

Projektpartner

Karl Leibinger Medizintechnik GmbH & Co. KG
FKZ:13XP5067A

InnoTERE GmbH
FKZ:13XP5067B

TU Dresden
FKZ:13XP5067C

Factsheets und Publikationen