Empa: Das 3D-gedrockte Implantat was sich später auflöst und durch körpereigene Zellen ersetzt wird

Screenshot empa.ch

Ein schweizer Forscherteam von der >>Empa<< hat es geschafft: Beliebige Formen organischer Strukturen aus Nanozellulose mittels eines 3D-Drucker herzustellen. Ziel der Wissenschaftler: Biomedizinische Implantate für Menschen fertigen zu können, wie um beispielsweise Ohren. Die Besonderheit hierbei ist, dass das verpflanzte Implantat sich später auflöst und durch körpereigene Zellen ersetzt wird.

>>Computerworld<<

„Einmal ausgehärtet, bleibt die produzierte Struktur trotz ihrer Zartheit stabil. Hausmann untersucht derzeit die Charakteristika des Nanocellulose-Hydrogels, um die Stabilität und den Druckprozess weiter zu optimieren. Wie die Zellulose in dem Biopolymerkomposit verteilt und organisiert ist, ermittelte der Forscher bereits durch röntgenanalytische Untersuchungen. Momentan besteht das ausgedruckte Ohr zwar lediglich aus Nanocellulose und einer zusätzlichen Biopolymerkomponente. Ziel ist es jedoch, das Grundgerüst mit körpereigenen Zellen und Wirkstoffen zu bestücken, um biomedizinische Implantate zu erzeugen. Wie sich beispielsweise Knorpelzellen in das Gerüst integrieren lassen, wird derzeit in einem neuen Projekt erforscht. Sobald die Besiedlung des Hydrogels mit Zellen etabliert ist, könnten die Nanocellulose-basierten Komposite in Ohrform Kindern mit einer angeborenen Ohrmuschelfehlbildung als Implantat dienen. Bei der so genannten Mikrotie etwa sind die äusseren Ohren nur unvollständig ausgebildet. Mit einer Rekonstruktion der Ohrmuschel wird die Fehlbildung kosmetisch, aber auch medizinisch behoben, da die Hörfähigkeit ansonsten stark eingeschränkt sein kann. Im weiteren Verlauf des Projekts sollen die Nanocellulose enthaltenden Hydrogele auch für Kniegelenksimplantate bei Gelenkverschleiss etwa durch chronische Arthritis eingesetzt werden.“

 

>>scinexx<<

„Ein solches Organ-Gerüst haben nun Forscher um Michael Hausmann von der Eidgenössischen Materialprüfungs- und Forschungsanstalt Empa mittels 3D-Druck produziert. Die Besonderheit dabei: Dieses 3D-Gerüst besteht aus Nanozellulose, einem aus Holz gewonnen Biomaterial. „Nanozellulose lässt sich in zähflüssiger Form hervorragend mit dem Bioplotter zu komplexen räumlichen Formen gestalten“, erklärt Hausmann. Es entsteht ein wasserhaltiges Gel. Einmal ausgehärtet, bleibt die Struktur aus dem Nanozellulose-Hydrogel trotz ihrer Zartheit stabil. Dieses Grundgerüst lässt sich dann mit körpereigenen Zellen und Wirkstoffen bestücken, um biomedizinische Implantate zu erzeugen. Lassen sich beispielsweise Knorpelzellen in das Gerüst integrieren, könnten so Implantate für Menschen mit Knorpelerkrankungen oder Knorpelfehlbildungen mittels 3-D-Druck entstehen.“

 

>>Empa<<

„Ist das Implantat einmal im Körper eingepflanzt, kann sich ein Teil des Materials biologisch abbauen und mit der Zeit im Körper auflösen. Nanocellulose selbst wird zwar nicht abgebaut, eignet sich aber als biokompatibles Material dennoch gut als Implantat-Gerüst. «Zusätzlich machen die mechanischen Eigenschaften die Nanocellulose zu einem eleganten Kandidaten, da die winzigen, aber stabilen Fasern beispielsweise Zugkräfte sehr gut aufnehmen», so Hausmann. Zudem erlaubt die Nanocellulose, Funktionen über ganz unterschiedliche chemische Modifizierungen in das zähflüssige Hydrogel einzubinden. So lassen sich Struktur, mechanische Kapazität und die Interaktion der Nanocellulose mit ihrer Umgebung je nach gewünschtem Endprodukt variieren. «Auch Wirkstoffe, die das Wachstum der Knorpelzellen begünstigen oder Gelenkentzündungen lindern, lassen sich in das Hydrogel einbauen», sagt der Empa-Forscher. Nicht zuletzt ist der Rohstoff Cellulose das am häufigsten vorkommende natürliche Polymer auf der Erde. Die Nutzung der kristallinen Nanocellulose profitiert demnach nicht nur von der schlichten Eleganz des Verfahrens, sondern auch von der einfachen Verfügbarkeit des Rohstoffs.“

 

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