Untersuchung der Abbaubarkeit von resorbierbaren 3D-gedruckten Scaffolds für die Knochenregeneration

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Aldo Boccaccini
• Fachliche Zuordnung: Biomaterialien
• Förderung: Förderung seit 2025
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 544134650

Größere Knochendefekte stellen eine globale Herausforderung für Gesundheit und Mobilität dar, da eine spontane Heilung und Regeneration des Gewebes nicht erfolgt. Daher ist ein chirurgischer Eingriff mit Implantaten notwendig, um die verlorene Funktion von Knochen wiederherzustellen. Bei der Wiederherstellung von verlorengegangenem Gewebe spielt die Gewebezüchtung (eng. Tissue Engineering) eine große Rolle. In diesem Bereich können resorbierbare bioaktive Verbundwerkstoffe einen essentiellen Bestandteil des regenerativen Erfolges darstellen. Biologisch abbaubare Scaffolds, die Biomaterialien wie bioaktive Gläser und Biopolymere natürlichen oder synthetischen Ursprungs kombinieren, kristallisieren sich als potenzielle Strategie zur Regeneration von Hartgewebe heraus. Bioaktive Gläser zeigen osteokonduktive, osteoinduktive, osteogene und angiogene Potenziale und bieten daher außergewöhnliche Eigenschaften für die Knochenregeneration. Auf der anderen Seite verleihen Biopolymere, die in zytokompatible Verbindungen zerfallen, dem Scaffold Steifigkeit und Elastizität vergleichbar mit denen des natürliches Gewebe und somit ermöglicht man eine individuelle Anpassung an die individuellen Bedürfnisse des Patienten. Dieses Projekt befasst sich mit der Regenerierung von Knochendefekten mittels 3D-gedruckter resorbierbarer Biopolymer-Bioaktive Glas Scaffolds befasst. Dabei steht die Untersuchung der Mikrostruktur und die mechanischen Eigenschaften während des Abbaus im Vordergrund. Die Auswertung des Einflusses von Ionen, strukturellen Veränderungen der Proben sowie zellulären Interaktion in vitro werden essentielle Aussagen liefern. Um das zu erreichen, werden Filamente, die ein Polyhydroxyalkanoat-Biopolymer und bioaktive Glasteilchen enthalten, extrudiert und gedruckt, wodurch resorbierbare, dreidimensionale und poröse Scaffolds generiert werden. Das Zusammenspiel der bioaktiven Glaspartikel mit der Polymermatrix werden in bezug auf Abbauverhalten und mechanischer Eigenschaften detailliert bewertet. Insbesondere das bioaktive Verhalten der Glaspartikel gekennzeichnet durch die Bildung von Hydroxylapatit und die Freisetzung von biologisch aktive Ionen werden analysiert, um ihren möglichen Einfluss auf den Mechanismus zu bestimmen und die Geschwindigkeit des Polymerabbaus und damit auf das Gesamtergebnis des Scaffolds zu untersuchen. Darüber hinaus wird das osteogene und angiogene Potenzial der Scaffolds für die Anwendung im Bereich Knochenregeneration untersucht, was somit einen weiteren wichtigen Aspekt der Knochenheilung abdeckt.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Argentinien
• Partnerorganisation: Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas
• Kooperationspartnerin: Dr. Beatriz Araoz