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Ersatzknochen aus der Laserschmelze

München (1. Juni 2010) – Ein Loch im Kopf wird im medizinischen Ernstfall häufig mit einem Implantat versorgt. Während Ersatz aus Titan lediglich Lücken schließt, fördert ein neuartiges resorbierbares Implantat die Regeneration des Körpers: Es ist maßgeschneidert und schwindet im selben Maße wie der Knochen nachwächst. Kleinere Knochenverletzungen kann der Körper selbst ausheilen, bei größeren braucht er Hilfe. Häufig kommen dann Implantate zum Einsatz. Im Gegensatz zu Dauerlösungen aus Titan sollen resorbierbare Implantate fehlende Knochenteile nur so lange ersetzen, bis die Lücke geschlossen ist. Je nach Größe des Defekts, Alters und Gesundheitszustands des Betroffenen kann das Monate oder Jahre dauern. Ein neues Implantat verbessert die Voraussetzungen für den Heilungsprozess.

Es entstand im Projekt des Bundesministeriums für Bildung und Forschung »Resobone« und wird für jeden Patienten maßgefertigt. Anders als der bisher übliche Knochenersatz ist es nicht massiv aufgebaut, sondern porös: In Abständen von wenigen hundert Mikrometern durchziehen feine Kanäle das Implantat. »Seine Passgenauigkeit und die perfekte Porenstruktur in Verbindung mit dem neuen Biomaterial versprechen einen bislang nicht erreichten vollständigen knöchernen Umbau«, fasst Priv.-Doz. Dr. Dr. Ralf Smeets vom Uniklinikum Aachen die Ergebnisse der ersten Verträglichkeitsuntersuchungen zusammen.

Die Porenkanäle schaffen eine Gitterstruktur, in die der angrenzende Knochen hineinwachsen kann. Ihr Grundgerüst besteht aus dem Kunststoff Polylactid, kurz PLA. Darin eingelagerte Körnchen aus Tricalciumphosphat (TCP) sorgen für Festigkeit und regen den natürlichen Knochenheilungsprozess an. In Form von Pasten, Granulaten und Halbzeugen haben sich TCP und PLA bereits als resorbierbare Implantate bewährt. Der Körper kann beide Stoffe etwa so schnell abbauen, wie der natürliche Knochen nachwächst. Das Material lässt sich aber nur dort einsetzen, wo es nicht zu stark belastet wird: So sollen die »Resobone«-Implantate vor allem fehlende Gesichts-, Kiefer- und Schädelknochen ersetzen. Sie können derzeit bis zu 25 Quadratzentimeter große Lücken schließen. Ihre besondere Struktur wird durch ein Fertigungsverfahren möglich, das am Fraunhofer-Institut für Lasertechnik ILT in Aachen ursprünglich für den Aufbau industrieller Prototypen entwickelt wurde – das Selective Laser Melting (SLM): Ein hauchdünner Laserstrahl schmilzt den pulverisierten Werkstoff schichtweise zu Strukturen, die 80 bis 100 Mikrometer fein sein können.

Als Vorlage für die passgenaue Fertigung der Implantate dienen Computer-Tomographien des Patienten. Die Arbeitsabläufe von den CT-Aufnahmen über die Konstruktion des Implantats bis zu seiner Fertigung sind so aufeinander abgestimmt, dass sich Ersatz für ein defektes Jochbein in wenigen Stunden und ein fünf Zentimeter großes Schädelstück über Nacht herstellen lässt. Dazu kommt ein erheblicher Zeitgewinn während der Operation: »Bisher gibt es noch keine maßgefertigten resorbierbaren Implantate. Der Chirurg muss während der Operation TCP-Quader oder vorab entnommenes, patienteneigenes Knochenmaterial zuschneiden und in den Defekt einpassen«, erklärt Simon Höges, Projektleiter am ILT. Zudem verringert sich die Zahl der Operationen: Die Entnahme von Knochenersatz aus dem Beckenknochen des Patienten entfällt ebenso wie Folgeoperationen bei Kindern zum Austausch eines Dauerimplantats, das nicht mitgewachsen ist. »Unser Projektziel – eine geschlossene Prozesskette zur Herstellung individueller Knochenimplantate aus resorbierbaren Werkstoffen – haben wir erreicht«, zeigt sich Höges zufrieden. Nun sei es an den Projektpartnern, zu denen auch Implantathersteller gehören, die Ergebnisse in Produkte umzusetzen.

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Abb.: Ein resorbierbares Implantat schließt die Lücke im hinteren Schädelbereich. Konstruiert wurde es von der Firma Karl Leibinger Medizintechnik. Die Fertigung erfolgte am Fraunhofer ILT. Photo: Fraunhofer ILT

Quelle: Fraunhofer-Institut für Lasertechnik (ILT), 01.06.2010 (tB).