Wissenschaftler entwickeln künstliche Knochen nach Maß

Japanische Wissenschaftler haben eine Methode ausgearbeitet, die es möglich macht, zukünftig Knochen individuell in jeder Form zu konstruieren.

Bisher werden schadhafte Knochen durch leicht brechbare Keramikimplantate oder die Transplantation eines Knochens von einer Stelle des Körpers an eine andere ersetzt. Für die neuartigen Implantate namens „CT Bone“ verwenden die Wissenschaftler Pulver aus Calciumphosphat, einer Substanz, aus der auch natürliche Knochen bestehen. Bis auf einen Millimeter genau können sie der komplizierten Struktur des Kiefer- und des Wangenknochens sowie anderer Teile des Schädels angepasst werden. Bei der Rekonstruktion von Gesichtern ist dies ein großer Fortschritt.

„Die neuen Knochen werden später durch körpereigenes Material ersetzt, was bisher nicht möglich war“, sagt Tsuyoshi Takato, orthopädischer Chirurg und Professor an der Medizinischen Fakultät der Tokioter Universität. Neben Calciumphosphat enthält CT Bone eine härtende Flüssigkeit, die zu mehr als 80 Prozent aus Wasser besteht.

Computergesteuert werden ähnlich wie bei einem Tintenstrahldrucker winzige Tröpfchen davon auf eine 0,1 Millimeter dicke Schicht des Calciumphosphatpulvers gesprüht, um nach und nach die gewünschte Form zu erzielen. Die von der Tokioter Firma Next 21 entwickelte Anlage wiederholt den Sprühvorgang, bis die verschiedenen Schichten die benötigte Knochenform haben. 100 Schichten ergeben ein Implantat von einem Zentimeter Stärke.

Einsatz bei Kindern

Zwei Jahre dauern die klinischen Tests mit 70 Erwachsenen in zehn Krankenhäusern. Zuvor hatte die Universitätsklinik von Tokio die Implantate bei zehn Erwachsenen getestet – mit gutem Ergebnis. Die Technologie könnte in drei bis vier Jahren zum Einsatz kommen, sagen die Forscher.

Studien zeigen, dass die Implantate im Körper der Patienten binnen ein bis zwei Jahren durch körpereigenes Knochenmaterial ersetzt werden, berichtet Bioingenieur Chung Ung-Il von der Universität Tokio. Dabei drängen nach und nach immer mehr Zellen aus dem verletzten Originalknochen in das eingesetzte Implantat ein und ersetzten dort das künstliche Material. Der echte Knochen funktioniere dabei wie ein „Brutkasten zur Gewebeentwicklung“.

Die bisher verwendeten Keramikimplantate, die auf konventionelle Weise gebrannt werden, können Takato zufolge leicht brechen und erfordern oft das Zurechtschneiden des Originalknochens, um sie passgenau zu machen. Für konventionelle Transplantate wird Knochen an anderen Stellen des Körpers entnommen, vor allem an der Hüfte. „Fast die Hälfte des Knochenmaterials wird bei der Herstellung eines passenden Implantats verschwendet“, betont Takato.

Er hofft, CT Bone eines Tages bei Kindern einsetzen zu können. Bisher könne man bei Kindern keine körpereigenen Knochen entnehmen, um sie zur Behandlung von Schäden am Skelett oder Entwicklungsstörungen zu verpflanzen, sagt Takato. Von der neuen Technologie könnten gerade Kinder besonders profitieren, da sie normalerweise ein exzellentes Knochenwachstum haben. „Implantate würden schnell von eigenen Knochen ersetzt, die beim Wachsen des Kindes mitwachsen würden.“

Eine zweite Generation der CT Bones mit Material, das den künstlichen mit dem natürlichen Knochen besser verbinden soll, ist bereits in der Entwicklung.