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Werkzeug aus PMMA hilft dem Knochen, sich selbst zu heilen

Werkzeug aus PMMA
Damit der Knochen sich selbst heilen kann

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Chirurgischer Saugansatz Boneflo mit einem entnehmbaren Filter aus Knochenersatzstoff (Bild: Roth Plastic Technology)
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In enger Zusammenarbeit mit Tissue Flow aus Essen erarbeitete der Kunststoffspezialist Roth Plastic Technology das Design für den chirurgischen Saugansatz Boneflo. Das patentierte Medizinprodukt für die Behandlung von Knochendefekten besteht aus fünf PMMA-Komponenten

Die Behandlung von Knochendefekten, die nach einem Unfall, durch Tumorerkrankungen, Infektionen oder im Rahmen von gelockerten Endoprothesen entstanden sind, stellt den behandelnden Orthopäden und Unfallchirurgen oftmals vor große Herausforderungen. Die betroffenen Patienten sind häufig gehunfähig und leiden an den Folgen ihrer Immobilität. Durch die Entwicklung von Boneflo soll es künftig möglich sein, kritische Knochendefekte mit autologem Material zu behandeln, das intraoperativ auf einen Knochenersatzstoff gebracht wird.

Design-Muster des Werkzeugs entstand im 3D-Druck

Den chirurgischen Saugansatz aus Kunststoff mit einem entnehmbaren Filter aus Knochenersatzstoff hat das Startup Tissue Flow, eine Ausgründung der Universität Duisburg-Essen, entwickelt. Er soll dem Knochen helfen, sich selbst zu heilen. Während der Operation wird der Filter mit körpereigenen, regenerativ wirksamen Gewebebestandteilen des Patienten benetzt und aktiviert. Der Operateur kann ihn daraufhin zur Behandlung von Knochendefekten einsetzen.

Neben der Optik war die Haptik ohne Störgeometrien ein wichtiger Faktor für die Entwicklung des Designs von Boneflo: Das Instrument soll einfach in der Handhabung sein, sicher zu greifen und stabil in Hand liegen, um Ärzte im Operationsalltag ideal zu unterstützen.

Im intensiven Austausch mit Tissue Flow entwarfen die Produktdesigner von Roth Plastic Technology in Dautphetal-Wolfgruben die Form des Medizinprodukts bis zur Design-Mustererstellung im 3D-Druckverfahren. Sebastian Herrmann, Geschäftsleiter bei Roth Plastic Technology, erklärt: „Das Instrument soll den höchsten medizinischen Nutzen bringen und zudem den Erfordernissen beim Gebrauch im Klinikalltag sowie bei der Arbeit am Patienten optimal standhalten.“ Außerdem unterstützte Roth Plastic das Startup bei der Materialauswahl, um die die Herstellung im wirtschaftlichen Spritzgussverfahren zu ermöglichen.

Fünf Komponenten aus PMMA – werkzeuggerecht konstruiert

Der Saugansatz besteht nun aus fünf Komponenten, die aus Polymethylmetacrylat (PMMA) gefertigt werden. Es galt, jedes Element der Baugruppe kunststoff- und werkzeuggerecht zu konstruieren. Hierbei wurde neben dem Anspritzverhalten auch die Entformung berücksichtigt.

Anhand von Simulationen ermittelte Roth Plastic Technology das Fließverhalten des PMMA beim Spritzgussverfahren im Stahlwerkzeug. Diese Berechnungsmethode gibt zudem Aufschluss über mögliche Veränderungen in der Geometrie nach dem Abkühlen des Werkstoffs – etwa eine Schwindung, die die Produktmaße und die Nutzbarkeit des Produktes beeinflusst. So kommt der Filter innerhalb des Saugansatzes entweder aus Kunststoff oder aus Keramik (Knochenersatzmaterial) zum Einsatz – für die Schnittstelle zum Komponentenwechsel ist eine absolut passgenaue Auslegung und Herstellung des Gehäuses mit Gewindeteil wichtig. „Am Beispiel von Boneflo zeigen wir, dass wir ein kompetenter Partner für die Entwicklung von Kunststoffprodukten für zahlreiche Branchen sind – inklusive Design, Konstruktion, Simulation und Mustererstellung für ganze Baugruppen“, so Herrmann.

Das Projekt Boneflo ist eines von elf Gewinnern des Leitmarktes „Start-up-Hochschul-Ausgründungen“, gefördert vom Land Nordrhein-Westfalen und der Europäischen Union. Die Laufzeit von zwei Jahren endet am 31. Oktober 2020. Dem Konsortium stehen in dieser Zeit Fördermittel von über 265 000 Euro aus dem Europäischen Entwicklungsfond (EFRE) Verfügung. (su)

www.roth-industries.de


Von der Innovation bis zur Marktzulassung

Boneflo ist ein Produkt des 2019 gegründeten Unternehmens Tissue Flow. Die Gründer unter der Leitung von Prof. Dr. med. Marcus Jäger wollen das Produkt zur Marktreife führen. Sie werden für ihre Arbeiten an dem Medizinprodukt vom Land Nordrhein-Westfalen und der EU gefördert.

Die Entwicklung des Saugansatzes Boneflo mit einem integrierten Knochenersatzstoff basiert auf wissenschaftlichen Vorarbeiten eines Forschungsteams der Universität Duisburg-Essen. Dort ist es erstmals gelungen, das hohe Regenerationspotenzial von körpereigenem Zell-Gewebe-Gemisch nachzuweisen. Dieses Material wird bei Operationen am Knochen aufgefangen und kann dem Patienten wieder zugeführt werden.

An der Entwicklung sind das Universitätsklinikum Essen und die Universität Duisburg-Essen beteiligt. Zur Arbeitsgruppe am Lehrstuhl für Orthopädie und Unfallchirurgie der medizinischen Fakultät der Universität Duisburg-Essen gehören neben Prof. Dr. med. Marcus Jäger (Mentor) auch Dr. med. Marcel Haversath (Gründer) und Dr. med. André Busch (Sprecher des Gründerteams).

https://tissueflow.com


Kontakt zum Kunststoffspezialisten:

Roth Werke GmbH
Am Seerain 2
35232 Dautphetal
www.roth-werke.de



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