Eine neue Generation von 3D-Scaffolds für Patienten-spezifische Therapien in orthopädischen Anwendungen

• Antragsteller: Professor Dr. Michael Gelinsky
• Fachliche Zuordnung: Biomaterialien
• Förderung: Förderung von 2018 bis 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 392224788

Unseres Wissens nach ist die Forschung auf dem Gebiet der Extrusions-basierten Additive Fertigung (3D-Plotten) von Scaffolds hauptsächlich fokussiert auf die Stimulation von Osteogenese und Angiogenese, Anpassung der Porenstruktur oder der Zusammensetzung der Substrate. In der klinischen Praxis liegen jedoch häufig weitere Patienten-spezifische Anforderungen an Implantate, v. a. für den Knochenersatz vor. Die Regeneration osteochondraler Defekte erfordert die gleichzeitige Rekonstruktion sowohl von Knorpel- als auch Knochengewebe was nicht mit nur einem einzigen Scaffoldtyp gelingen kann, da Knorpel und Knochen unterschiedliche biologische, aber auch mechanische Eigenschaften besitzt. Eine andere Herausforderung stellen immer noch Implantat-assoziierte Infektionen dar, die sich in Abhängigkeit der individuellen Situation stark unterscheiden können.Das Projekt hat zum Ziel, ein modulares System für das maßgeschneiderte Design und die Herstellung entsprechend Patienten-spezifischer, 3D-geplotteter Implantate zu entwickeln. Die Strategie ist, neue therapeutisch wirksame Biokeramiken und Kompositmaterialien durch die Integration von biologisch wirksamen Ionen wie z. B. Li+, Cr3+ und Ce3+ in Silikat- bzw. Calciumphosphat-basierte Biomaterialien herzustellen, welche die Biokeramiken mit spezifischen biologischen Funktionen zum Knorpel-Erhalt oder mit antibakterieller Aktivität ausstatten. Die Verwendung und Kombination dieser Materialien im Sinne eines Baukastensystems zusammen mit dem 3D-Plotten wird die Herstellung wahrhaft Patienten-individueller Implantate ermöglichen, maßgeschneidert in Bezug auf Größe und Form, aber auch hinsichtlich der biologischen Eigenschaften. Das Forschungsvorhaben wird die ganze Prozesskette von der Biomaterialentwicklung, Modifizierung mit den biolog. aktiven Ionen, dem 3D-Plotten, der mechanischen Charakterisierung, Messung des Ionen-Freisetzungsverhaltens bis zu einer gründlichen in vitro- und in vivo-Untersuchung der biolog. Eigenschaften umfassen. Das Projekt kann nur erfolgreich durchgeführt werden wenn die sich ergänzenden Expertisen der beiden Antragsteller gebündelt werden; das Vorhaben passt außerdem hervorragend zur Forschungsstrategie sowohl an der TU Dresden als auch dem Shanghai Institute of Ceramics (Chinesische Akademie der Wissenschaften).Wir sind fest davon überzeugt, dass das Forschungsprojekt einen bedeutenden Beitrag im Bereich der Biomaterialentwicklung leisten und zu einem kosteneffektiven Gesundheitssystem sowohl in China als auch in Deutschland beitragen wird.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: China
• Partnerorganisation: National Natural Science Foundation of China
• Kooperationspartner: Professor Chengtie Wu, Ph.D.