Mechanisch optimierte Biomaterialkonstrukte, so genannte Titan Mesh Scaffolds, können die Knochenheilung unterstützen – insbesondere bei der Versorgung großräumiger Defekte. Was sich damit erreichen lässt, haben Wissenschaftler verschiedener Institute jüngst untersucht: Beim Vergleich der Steifigkeit des jeweiligen netzwerkartigen Implantats zeigte sich in der präklinischen Studie, dass vor allem weichere Konstrukte eine Heilung fördern.
Ausgedehnte Verluste von Knochenvolumen an den Gliedmaßen, die zum Beispiel durch Unfall, Knocheninfektion oder -tumore entstehen können, sind aus therapeutischer Sicht und in der Unfallchirurgie eine Herausforderung. Solche Knochendefekte heilen nicht von allein und führen im schlimmsten Fall zum Verlust von Arm oder Bein. Eine Möglichkeit der Behandlung ist, körpereigenes Knochengewebe zu transplantieren. Dies gelingt oft nur begrenzt. Alternativ wurden beispielsweise am Centrum für Muskuloskeletale Chirurgie der Charité Patienten mit großen Knochendefekten mit einer individuell angefertigten Titannetzwerkstruktur, einem Titan Mesh Scaffold, versorgt.
Hierfür wird ein dreidimensionaler Datensatz von Knochen und Defekt mittels CT erstellt. Ein im 3D-Druck hergestellter individueller Titan Mesh Scaffold wird an der defekten Stelle eingesetzt. Insgesamt 19 Patienten sind bisher an der Charité mit einem derartigen Implantat versorgt worden. Um die Knochenheilung anzuregen, wird der Titan Mesh Scaffold mit körpereigenem Knochen, Wachstumsfaktoren und Knochenersatzmaterial gefüllt.
Im aktuellen Projekt hat ein interdisziplinäres Team aus Unfallchirurgen, Ingenieuren, Tierärzten und Biologen um Dr. Anne-Marie Pobloth vom Julius-Wolff-Institut der Charité geprüft, ob mechanisch optimierte Scaffolds die Heilung verbessern. Dafür wurde zunächst am Computermodell ein Scaffold in standardisierter Größe mechanobiologisch weiterentwickelt und im Großtiermodell der Einfluss auf die Knochenheilung untersucht. Da hierbei der Knochenheilungsprozess dem des Menschen sehr ähnlich ist, ließen sich Rückschlüsse auf dessen Heilung ziehen.
Der weiterentwickelte Scaffold besteht aus einer sich wiederholenden honigwabenartigen Struktur, die das Einwachsen von Knochengewebe durch Kanäle noch besser leiten soll. Variierende Durchmesser im Inneren der Konstruktion sorgen für unterschiedliche Festigkeitsoptionen. Ob die Steifigkeit des Implantatnetzwerkes das Einwachsen der Knochensubstanz beeinflusst, wurde in vier Testgruppen bei variierender Steifigkeit untersucht.
Variierende Steifigkeit wurde
in vier Testgruppen untersucht
Dabei ergab sich, dass weiche Implantate, die in Kombination mit einem klinisch anerkannten Plattensystem eine höhere mechanische Stimulation der Knochenheilung zulassen, bereits nach drei Monaten auf Röntgenaufnahmen eine schnellere Knochenbildung zeigen als die härteren Varianten. Ziel der Forschergruppe ist es nun, mechanobiologisch optimierte, weichere Titan Mesh Scaffolds zur Verfügung zu stellen, so dass Patienten von den Erkenntnissen profitieren und Knochendefektheilung künftig einfacher zu gestalten ist. Denkbar ist weiterhin, diese Verfahren nicht nur für den langen Röhrenknochen der oberen und unteren Gliedmaßen einzusetzen, sondern auch im Bereich der Mund-, Kiefer-, Gesichts- und der Wirbelsäulenchirurgie.
Ihr Stichwort
- Biomaterialien
- Heilung großer Knochendefekte
- Scaffolds statt Transplantat
- Weichere Implantate plus Plattensystem stimulieren Knochenwachstum
