Reparatur von Gelenken: Die Schnittstelle zwischen Knochen und Knorpel (Poly-IMPLANT-Druck)

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 geometrischen 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.