Magnesium

Bioabbaubares Knochenimplantat mit 3D-Drucker hergestellt

Robert Klatt

Wissenschaftler haben ein neues Magnesiumimplantat hergestellt, das aufgrund seiner feinen Poren die Heilung beschleunigen kann. Die Gussform wurde mithilfe eines 3D-Drucker aus einer Salzpaste erzeugt.

Zürich (Schweiz). Derzeit werden bei fehlenden Knochenteilen oder bei Knochenbrüchen nach einem Unfall fast ausschließlich Implantate aus Metall eingesetzt. Als Materialien haben sich in der Medizin dabei Titan, das weder chemisch noch biologisch mit dem Körper des Trägers wirkt, als auch Magnesium-Legierungen, die vom Körper abgebaut und als Mineralstoff aufgenommen werden, etabliert. Der Vorteil des Patienten bei Nutzung von Magnesium liegt vor allem darin, dass keine weitere Operation nötig ist, um das Implantat nach erfolgter Heilung des Knochens wieder zu entfernen, da es vollkommen vom Körper absorbiert wird. 

Dazu ist es allerdings nötig, dass das Implantat über eine poröse Oberfläche verfügt, die von knochenbildenden Zellen gut bewachsen werden kann. Ein neues Herstellungsverfahren der Eidgenössische Technische Hochschule Zürich (ETH), das ein Material mit zahlreichen regelmäßig angeordneten Poren erzeugt, könnte in Zukunft die Heilung durch ein besseres Einwachsen der Zellen in das Implantat deutlich beschleunigen.

Gittergerüst aus dem 3D-Drucker

Für den ersten Herstellungsschritt haben die Wissenschaftler, laut ihres im Fachmagazin Advanced Materials veröffentlichten Artikels, eine gelartige Salzpaste entwickelt, aus der mithilfe eines 3D-Druckers ein dreidimensionales Gittergerüst erzeugt wird. Die Salzpaste ist nötig, da herkömmliches Salz aufgrund seiner Materialeigenschaften nicht für den Druck des Gittergerüsts geeignet ist.

Laut den Wissenschaftlern kann der Abstand zwischen den Streben des Gitters und deren Durchmesser je nach Bedarf individuell eingestellt werden. Um die Struktur des Gitters zu festigen, wird es nach dem Druckvorgang gesintert, also bis kurz vor dem Schmelzpunkt des Materials erhitzt.

Salzporen mit Magnesium gefüllt

Nach der Herstellung und Festigung des Salzgitters werden die feinen Poren zwischen den einzelnen Streben des Gitters mit flüssigem Magnesium gefüllt. Jörg Löffler, Professor für Metallphysik und Technologie erklärt, dass „dieser Rohling mechanisch sehr stabil ist und durch Polieren, Drehen und Fräsen gut bearbeiten werden kann.“ Anschließend wird das nach der mechanischen Bearbeitung im Implantat verbleibende Kochsalz herausgelöst, um so ein reines Magnesiumimplantat mit einer Vielzahl von gleichmäßig angeordneten Poren zu erhalten.

Andere Materialien ebenfalls möglich

Martina Cihova und Kunal Masania, Co-Autorinnen der Studie gehen außerdem davon aus, dass die Hilfsstruktur aus Salz neben Magnesium auch mit einer Vielzahl anderer Materialien gefüllt werden kann wie zum Beispiel Polymere, Leichtmetalle und Keramiken, die so ebenfalls eine geordnete Porenstruktur erhalten würden.

Nicole Kleger, die die Grundlagen des Verfahrens im Rahmen im Masterarbeit entwickelt hat, arbeitet nun daran das 3D-Druckverfahren weiter zu verbessern. Wann eine klinische Studie mit menschlichen Probanden folgt ist derzeit noch unbekannt.

Advanced Materials, doi: 10.1002/adma.201903783

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