Entwicklung eines industriellen laserbasierten Nano-3D-Druckverfahrens zur Entwicklung hierarchisch strukturierter Knochen-Knorpel-Implantate auf Polymerbasis
Teilvorhaben: 3D-2PP-Scaffolds als Knochen-Knorpel-Implantate mit gezielt einstellbaren biomechanischen und bioaktiven Eigenschaften
(Poly-IMPLANT-Druck)
 

Das Forschungsvorhaben fokussiert auf das Problem der Arthrose und traumatischer Knorpel-Knochendefekte. Die Arthrose als degenerative Gelenkerkrankung stellt die häufigste Erkrankung des Bewegungsapparates dar. Substanzielle Schädigungen des Gelenkknorpels und eine kompensatorische Knochensklerose führen zu erheblichen Einschränkungen in der Lebensqualität der Patienten. Aufgrund der oft nur unzureichenden Prognose für Therapieansätze auf Basis minimalinvasiver Rekonstruierungen wird oft frühzeitig die Indikation zum Gelenkersatz gestellt, auch bei nur kleinflächigen chondralen bzw. osteochondralen Defekten. Ein partieller kleinflächiger Knochen-/Knorpelersatz mit minimalinvasiver Technik könnte hier bei vermindertem Infektionsrisiko zur Verschiebung eines notwendigen Gelenkersatzes um mehrere Jahre beitragen. Das Ziel dieses Forschungsvorhabens ist es, biphasische Trägerstrukturen auf Polymerbasis für die optimale Versorgung von Knorpel-Knochen-Defekten zu entwickeln: Die Trägerstrukturen sollen über die geeigneten knorpel- und knochenspezifischen geometrischen, biomechanischen und biochemischen Eigenschaften verfügen und mittels Nano-3D- Druckverfahren herstellbar sein. Die 2PP-Technik in Verbindung mit einem automatisierten Fertigungsprozess 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. Der Ansatz vereint alle wesentlichen Parameter, die aus heutiger Sicht für einen optimalen operativen Therapieansatz osteochondraler Defekte notwendig sind. Der entscheidende Mehrwert besteht in der Kombination von Eigenschaften verschiedener Polymere und einem innovativen automatisierbaren Nano-3D-Druckverfahren, das erstmalig 3D-Zellträger mit spezifisch einstellbaren Eigenschaften bereitstellen kann.