Förderung durch Carl-Zeiss-Stiftung

Neues Knochenersatzmaterial

Offenburg (st) Knochensubstanzverlust oder knöcherne Defekte – sei es infolge von Osteoporose, Unfällen oder anderen Ursachen – stellen bis heute eine therapeutische Herausforderung dar. Bestehende Methoden zur Wiederherstellung der Knochensubstanz haben nur begrenztes Potenzial zur Regeneration des Knochens und sind daher klinisch eingeschränkt verwendbar, schreibt die Hochschule Offenburg in einer Pressemitteilung. Bei großen Defekten seien oft Implantate erforderlich, beispielsweise aus Titan, die entweder dauerhaft im Körper verbleiben oder in einer zweiten Operation entfernt werden müssen. Beide Optionen würden die  Patienten erheblich belasten. Um eine innovative Lösung für die Mund-, Kiefer- und Gesichtschirurgie zu entwickeln, würden Prof. Peter Quadbeck vom Peter-Osypka-Institut für Medizintechnik der Hochschule Offenburg, Prof. Thomas Seifert, Prof. Fabian Eber und Prof. Dirk Velten von der Fakultät Maschinenbau und Verfahrenstechnik sowie Prof.Katja Nelson vom Universitätsklinikum Freiburg gemeinsam mit Industrie- und Medizinpartnern an einem neuartigen Implantat arbeiten. Dieses soll das Knochenwachstum optimal unterstützen und sich selbstständig auflösen.

Als Knochenersatzmaterial würden die Forschenden auf Molybdän setzen, ein Metall mit einem Schmelzpunkt von 2.623 Grad Celsius, das bisher vor allem in Hochtemperaturanwendungen genutzt werden. Molybdän zeichne sich durch hohe Festigkeit, günstige mechanische Eigenschaften und eine positive Biokompatibilität ohne kritische Gewebereaktionen aus. Gleichzeitig löse es sich unter physiologischen Bedingungen gleichmäßig auf und werde über die Nieren ausgeschieden. „All diese Eigenschaften sind insbesondere für patientenindividuelle Implantate im Schädelbereich von großer Bedeutung“, erläutert der Projektleiter Peter Quadbeck.

Additive Fertigung

Im Rahmen des Projekts MOLY-IMPACT, das vom 1. Januar 2025 bis 31. Dezember 2027 läuft, würden die Implantate additiv gefertigt. Dabei werde pulverförmiges Molybdän mit einem flüssigen Bindemittel in einem 3D-Drucker im Binder-Jetting-Verfahren zu einem porösen Gittergerüst geformt und anschließend gesintert. In den Zwischenräumen dieses Gerüsts könnten sich nach der Implantation Zellen ansiedeln, sodass neuer Knochen nachwachsen könne, während sich das Metall sukzessive auflöse.
Die Projektpartner würden ihre jeweiligen Fachkompetenzen gezielt einbringen: Peter Quadbeck, der sich seit 2017 mit Molybdän in der Medizintechnik beschäftigt und 2020 erste Publikationen dazu veröffentlicht hat, untersuche die Korrosionsmechanismen. Thomas Seifert simuliere die Zusammenhänge zwischen Korrosionseigenschaften und mechanischer Festigkeit. Fabian Eber erforsche die biologische Wirkung der Implantate auf Zellen sowie genetische Reaktionen. Dirk Velten entwickele Oberflächenmodifikationen, einschließlich einer potenziellen Medikamentenbeschichtung. Katja Nelson am Universitätsklinikum Freiburg verantworte die medizinischen Tests. Zahlreiche Industriepartner, von Molybdän-Herstellern bis zu Medizintechnikunternehmen, würden die gesamte Prozesskette begleiten.

MOLY-IMPACT werde von der Carl-Zeiss-Stiftung im Rahmen des Programms CZS-Transfer mit 1,2 Millionen Euro gefördert. Es sei eines von vier neuen Projekten, in denen Wissenschaftler innovative medizinische Oberflächen erforschen. „Unser Ziel ist es, alle relevanten Grundlagen für patientenindividuelle, resorbierbare Knochenersatzimplantate aus Molybdän zu schaffen, sodass sie in der Praxis eingesetzt werden können“, fasst das Forschungsteam zusammen. Damit soll die Behandlung von Knochensubstanzverlust im Schädelbereich nachhaltig verbessert werden.