Da die Weltbev\u00f6lkerung immer \u00e4lter wird, steigt der Bedarf an Knochenimplantaten. Herk\u00f6mmliche Implantate bergen Risiken wie Infektions- und Absto\u00dfungsgefahr und erfordern unter Umst\u00e4nden Operationen zur Entfernung. Ziel des TriMaBone-Projekts war es, resorbierbare 3D-druckbare Materialien f\u00fcr personalisierte Knochenimplantate zu entwickeln, die die nat\u00fcrliche Heilung und das Nachwachsen des urspr\u00fcnglichen Gewebes f\u00f6rdern. Hans-Peter Deigner, Professor an der Fakult\u00e4t f\u00fcr Medizin- und Biowissenschaften der Hochschule Furtwangen, war der wissenschaftliche Leiter des Projekts, und Oliver Riester ein Forscher im Konsortium.<\/p>\n
Steigender Bedarf an wirksamen Knochenreparaturmaterialien aufgrund der Alterung der Bev\u00f6lkerung<\/strong><\/p>\n Die Knochen in unserem K\u00f6rper besitzen erstaunliche selbstreparierende Eigenschaften. Sie befinden sich in einem st\u00e4ndigen Regenerationsprozess: W\u00e4hrend des gesamten Lebens eines Menschen wird altes Knochengewebe durch neues ersetzt. Dieser Prozess ist f\u00fcr die Aufrechterhaltung von Dichte und Struktur und damit f\u00fcr die biomechanische Funktion der Knochen unerl\u00e4sslich. Mit zunehmendem Alter verschlechtern sich jedoch diese selbstreparierenden Eigenschaften. Da die Weltbev\u00f6lkerung immer \u00e4lter wird, d\u00fcrfte die Verbreitung altersbedingter Knochenverletzungen und -krankheiten zunehmen, so dass ein wachsender Bedarf an Knochenimplantaten besteht, die besch\u00e4digtes Knochengewebe ersetzen oder unterst\u00fctzen.<\/p>\n Knochenimplantate werden in verschiedenen medizinischen Bereichen eingesetzt, unter anderem in der Orthop\u00e4die und Zahnmedizin. Herk\u00f6mmliche Implantate werden aus Metallen, Keramik oder Polymeren hergestellt. Metallimplantate sind wegen ihrer Festigkeit und Haltbarkeit beliebt, k\u00f6nnen aber zu Komplikationen wie allergischen Reaktionen f\u00fchren. Keramik ist aufgrund ihrer chemischen \u00c4hnlichkeit mit dem nat\u00fcrlichen Knochen eine interessante Option, kann jedoch spr\u00f6de sein und leicht brechen. Polymere sind zwar leicht, flexibel und k\u00f6nnen in komplexen Formen hergestellt werden, sind aber nicht so stabil wie Metalle oder Keramik. Obwohl die meisten Operationen erfolgreich verlaufen, kann es zu Komplikationen wie Infektionen und Absto\u00dfungsreaktionen kommen, die eine operative Entfernung erforderlich machen. Um diese Einschr\u00e4nkungen zu \u00fcberwinden, haben Biomaterialforscher damit begonnen, eine Alternative zum Ersatz zu erforschen: die endogene Regeneration, d. h. die Verwendung resorbierbarer Implantate, die die nat\u00fcrliche Heilung und das Nachwachsen des urspr\u00fcnglichen Gewebes f\u00f6rdern. Um diese resorbierbaren Implantate effizienter zu machen, besteht eine gro\u00dfe Herausforderung darin, 3D-druckbare Materialien zu entwickeln, mit denen personalisierte Implantate hergestellt werden k\u00f6nnen, die auf die spezifischen Bed\u00fcrfnisse der einzelnen Patienten zugeschnitten sind.<\/p>\n Chitosan, eine vielversprechende Substanz f\u00fcr resorbierbare 3D-druckbare Knochenimplantate<\/strong><\/p>\n Ziel des TriMaBone-Konsortiums war es, „neuartige 3D-druckbare Polymere zu synthetisieren, die L\u00fccken in Knochen f\u00fcllen und nach einiger Zeit durch urspr\u00fcngliches Knochenmaterial ersetzt werden k\u00f6nnen“, so Hans-Peter Deigner. Das Team untersuchte Chitosan, eine Substanz, die aus Chitin gewonnen wird, dem strukturellen Bestandteil der Schalen von Garnelen und anderen Krustentieren. Vier akademische Partner b\u00fcndelten ihr Fachwissen: Die Hochschule Furtwangen analysierte die chemischen Aspekte und die Biokompatibilit\u00e4t von Chitosan, die Universit\u00e9 de Haute-Alsace war f\u00fcr die chemische Funktionalisierung verantwortlich (d.h. die Ver\u00e4nderung der chemischen Struktur von Chitosan, um seine Eigenschaften zu anzupassen), die Universit\u00e4t Koblenz-Landau arbeitete an den physikalischen Eigenschaften, und die Fachhochschule Nordwestschweiz steuerte ihr Wissen \u00fcber 3D-Druckverfahren bei. „Chitosan ist vollst\u00e4ndig biokompatibel, antimikrobiell und wird innerhalb eines angemessenen Zeitraums (sechs Monate bis ein Jahr) durch das urspr\u00fcngliche Material ersetzt, so dass wir langfristig kein Fremdmaterial im K\u00f6rper haben. Und es verbessert und beschleunigt den Heilungsprozess“, erkl\u00e4rt Hans-Peter Deigner. Chitosan 3D-druckbar zu machen, war jedoch eine Herausforderung, denn „Chitosan baut sich ab, bevor es schmilzt“, f\u00fcgt Oliver Riester hinzu. „Wir mussten es modifizieren, um die gew\u00fcnschten Eigenschaften f\u00fcr den 3D-Druckprozess zu erhalten“.<\/p>\n Zukunftsperspektiven <\/strong><\/p>\n Das TriMaBone-Konsortium hat erfolgreich gezeigt, dass Chitosan ein vielversprechendes Material f\u00fcr resorbierbare Implantate ist. Zuk\u00fcnftige Forschung ist in Bezug auf den 3D-Druck erforderlich: „Dieser Prozess h\u00e4ngt von Materialeigenschaften ab, die im Rahmen des Projekts nicht optimiert werden konnten. Weitere Feinabstimmung ist notwendig, um das 3D-druckbare Material zu erhalten. Leider hat sich das Projekt durch die Covid-Pandemie verz\u00f6gert, so dass ein weiteres halbes Jahr notwendig gewesen w\u00e4re“, so Hans-Peter Deigner.<\/p>\n Das TriMaBone-Projekt war ein bedeutender Meilenstein auf dem Gebiet der Knochenimplantatforschung und ebnete den Weg f\u00fcr beachtliche Entwicklungen, die zu verbesserten Patientenergebnissen f\u00fchren k\u00f6nnten. So hat beispielsweise die Verwendung resorbierbarer 3D-gedruckter Knochenimplantate in Kombination mit einer unterst\u00fctzenden Stammzelltherapie das Potenzial, die Effektivit\u00e4t des Knochenwachstums und der Regeneration zu verbessern. Durch die Einbettung therapeutischer Makromolek\u00fcle in das Implantat selbst kann zudem der Heilungsprozess verbessert werden. Mit diesen Fortschritten sieht die Zukunft der Knochenimplantate vielversprechend aus, denn sie bieten den Patienten wirksamere und dauerhafte personalisierte L\u00f6sungen f\u00fcr eine Vielzahl von knochenbezogenen Erkrankungen.<\/p>\n<\/i> Das TriMaBone-Projekt (\u201eTri<\/strong>national research initiative: 3D printing ma<\/strong>terials for resorbable bone<\/strong> implants\u201c) begann im September 2019 und endete im August 2022. Es wurde von der Europ\u00e4ischen Union im Rahmen des Programms Interreg V Oberrhein und von den franz\u00f6sischen und deutschen Regionalpartnern der Initiative „Wissenschaftsoffensive“ kofinanziert und brachte vier akademische Partner zusammen: Die Hochschule Furtwangen, Universit\u00e9 de Haute-Alsace, Universit\u00e4t Koblenz-Landau und die Fachhochschule Nordwestschweiz.<\/p>\n<\/i> Die Wissenschaftsoffensive: Aufgrund ihres Erfolgs wird die Initiative im Zeitraum 2021-2027 fortgef\u00fchrt, f\u00fcr den zwei Projektaufrufe vorgesehen sind. Aufbauend auf der Dynamik der grenz\u00fcberschreitenden wissenschaftlichen Zusammenarbeit m\u00f6chten die mitfinanzierenden Partner der Wissenschaftsoffensive nun den Transfer und die Verwertung der Ergebnisse der \u00f6ffentlichen Forschung unterst\u00fctzen und den positiven Effekt der wissenschaftlichen Erkenntnisse auf die Unternehmen und die Gesellschaft verst\u00e4rken, zugunsten der wirtschaftlichen, sozialen und \u00f6kologischen Entwicklung der Trinationalen Metropolregion Oberrhein. Der vierte Aufruf der Wissenschaftsoffensive ist seit dem 5. Januar 2023 ver\u00f6ffentlicht (bis zum 24. M\u00e4rz) und legt den Schwerpunkt auf den Wissens- und Technologietransfer. Gleichzeitig tr\u00e4gt er somit zur Erreichung der Ziele der Trinationalen Metropolregion Oberrhein (TMO) bei. Alle Informationen zur Wissenschaftsoffensive sind auf der Webseite der S\u00e4ule Wissenschaft<\/a> zu finden.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":" Da die Weltbev\u00f6lkerung immer \u00e4lter wird, steigt der Bedarf an Knochenimplantaten. Herk\u00f6mmliche Implantate bergen Risiken wie Infektions- und Absto\u00dfungsgefahr und erfordern unter Umst\u00e4nden Operationen zur Entfernung. Ziel des TriMaBone-Projekts war es, resorbierbare 3D-druckbare Materialien f\u00fcr personalisierte Knochenimplantate zu entwickeln, die die nat\u00fcrliche Heilung und das Nachwachsen des urspr\u00fcnglichen Gewebes f\u00f6rdern. 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