Erforschung eines industriellen laserbasierten Nano-3D-Druckverfahrens für hierarchisch strukturierte Knorpel-Knochen-Implantate auf Polymerbasis (Poly-Implant-Druck)

Medizintechnik

Erforschung eines industriellen laserbasierten Nano-3D-Druckverfahrens für hierarchisch strukturierte Knorpel-Knochen-Implantate auf Polymerbasis (Poly-Implant-Druck)

Kompetenzen:

  • Implantate

    Knochen

    Knorpel

    Nanotechnologie

    Polymere

Koordinator:

  • tba

    tba

Projektlaufzeit:

01.05.2019 - 30.04.2022

Aufgaben im Projekt

Mathys Orthopädie GmbH
Erforschung implantatspezifischen Operationsbestecks

co.don AG
Erforschung der chondrogenen Differenzierungsfähigkeit im Implantat

IBA Heiligenstadt e.V.
Erforschung der Photopolymere und der 3D-Scaffolds

Multiphoton Optics GmbH
Erforschung eines 2PP-Verfahrens zum 3D-Druck des Implantates

Meidrix Biomedicals GmbH
Erforschung der Kollagenfunktionalisierung der Implantate

Universität Gießen
Erforschung der osteogenen Differenzierungsfähigkeit im Implantat

Beschreibung

Abbildung: Biphasisches Implantat für die Therapie von Knorpel-Knochen-Defekten. Das Implantat besteht aus Knochenphase (gelb) und Knorpelphase (blau), die unterschiedlich strukturiert sind, aber aus einem Stück gefertigt werden. Das rechte Bild stellt die Verwendung im Gelenk dar. (Quelle: IBA Heiligenstadt e.V.)

Reparatur von Gelenken: Die Schnittstelle zwischen Knochen und Knorpel

Defekte der Knorpelschicht sowie der darunter befindlichen Knochenanteile, die oft Folge von Unfällen und Sportverletzungen sind, verursachen teils starke Schmerzen bei Patienten und schränken die Lebensqualität erheblich ein. Die körpereigenen Selbstheilungsprozesse sind oft nicht ausreichend, um Defekte ab einer bestimmten Größe reparieren zu können. Therapieansätze auf Basis von Zelltransplantationen bzw. des Ersatzes durch köpereigene Knorpelsubstanz liefern bisher noch keine optimalen Erfolge, da die wiederhergestellte Knorpel-Knochensubstanz oft nicht belastbar genug ist. Neue Ansätze verfolgen das Konzept biphasischer Implantate („biphasisch“: aus zwei Phasen bestehend), die idealerweise sowohl die Knochen- wie auch die Knorpelphase eines Defektes optimal versorgen können. Dafür scheinen Strukturen eine wichtige Rolle zu spielen, die gezielt den Aufbau der natürlichen Knorpel-Knochensubstanz sowohl auf geometrischer, wie auch auf mechanischer und biologischer Ebene nachbilden können. Das Ziel dieses Forschungsvorhabens ist es, ein Nano-3D-Druckverfahren zu entwickeln, das erstmals die Herstellung biphasischer Implantate im industriellen Maßstab mit gezielt einstellbaren geo-metrischen und mechanischen Funktionen für die Knorpel-Knochen-Therapie ermöglicht. Durch den Zusatz bioaktiver Füllstoffe und Oberflächenschichten in den gedruckten 3D-Konstrukten sollen darüber hinaus biologische Eigenschaften der natürlichen Knorpel-Knochenmatrices realisiert werden. Der Ansatz stellt den Schlüssel für die gezielte Mikrostrukturierung eines 3D-Trägerkonstruktes in Kombination mit der Einstellung der Materialsteifigkeit, der Bioaktivität der Trägeroberflächen, der Simulation der extrazellulären Matrix (ECM) und der Degradationsgeschwindigkeit dar und vereint alle wesentlichen Parameter, die aus heutiger Sicht für einen optimalen operativen Therapieansatz zur Heilung von Knochen-Knorpeldefekten notwendig sind.

Projektpartner

Mathys Orthopädie GmbH
FKZ: 13XP5089A

Co.don AG
FKZ: 13XP5089B

IBA Heiligenstadt e.V.
FKZ: 13XP5089C

Multiphoton Optics GmbH
FKZ: 13XP5089D

MEIDRIX Biomedicals GmbH
FKZ: 13XP5089E

Justus-Liebig-Universität Gießen
FKZ: 13XP5089F