Forscher entwickeln Composite-Knochen

Das neue Material hat gewisse Eigenschaften wie natürliche Knochen. SNF

Wissenschafter der ETH Lausanne und des dortigen Universitätsspitals haben ein Composite-Material entwickelt, das die Eigenschaften des menschlichen Knochens hat.

Es soll vor allem bei künstlichen Hüft- und Kniegelenken, aber auch nach Unfällen und der Entfernung von Tumoren zum Einsatz kommen.

“Das von uns entwickelte synthetische Knochenmaterial ist das Ergebnis von drei Jahren intensiver Arbeit und Hunderten von Versuchen”, sagt der Projektkoordinator Pierre-Etienne Bourban vom Labor für Verbundstoff- und Polymertechnologie der Eidgenössische Technische Hochschule Lausanne (Ecole polytechnique fédérale de Lausanne).

Die neue Substanz könnte dereinst nach einem grösseren Verlust von Knochenmasse, etwa durch einen Unfall oder die Entfernung eines Tumors, zum Einsatz kommen. Dies teilte der Schweizerische Nationalfonds zur Förderung der wissenschaftlichen Forschung (SNF) am Dienstag mit.

Selbst- und Todspenden

Bisher werden solche Verluste durch Transplantationen wettgemacht, was aber Schwierigkeiten hervorrufen kann. Zum einen werden die Knochen-Transplantate dem Patienten selbst entnommen. Dies ist aufwändig und kann den Patienten schwer belasten.

Zum anderen stammt das Material aus Totspenden. Hier besteht die Gefahr, dass eine Krankheit übertragen wird. Bei beiden Möglichkeiten ist die Materialmenge beschränkt.

Hochentwickelter Material-Mix…

Das nun in Lausanne entwickelte Material ist ein Verbundwerkstoff aus Kunststoff und Keramik-Partikeln zur Verstärkung. Allein wäre das Polymer nicht genügend steif, nur Keramik wiederum wäre zu brüchig.

Das Material – es sieht wie Styropor aus – gleicht der Knochenstruktur: Innen ist es poröser, aussen dichter.

“Zur Herstellung des optimalen Materials mussten wir unzählige Polymer-Keramik-Kombinationen testen”, erklärt Bourban. Die Eigenschaften beider Materialien lassen sich laut SNF in einem Werkstoff kombinieren, der vom menschlichen Körper aufgenommen werden kann.

…mit überlegenen Eigenschaften

“Die bisher existierenden künstlichen Knochen haben Schwächen, weil sie beispielsweise nicht dauerhaft sind”, sagt Dominique Pioletti vom Labor für Orthopädie der ETH Lausanne. “Unser Materialmix dagegen hat hochstehende Eigenschaften, weil es porös ist.”

Im Experiment besiedelten die Forscher das Composite-Material mit menschlichen Knochenzellen. Dabei zeigte es sich, dass sich die Zellen darin vermehren. Das Material erwies sich als biokompatibel und unterstützt die Bildung neuer Knochensubstanz.

Sich abbauender Knochen-Träger

Das Material übernehme provisorisch die stützende Funktion des Knochens. Mit zunehmender Regeneration des Knochengewebes wird es allmählich abgebaut, bis es vollständig durch die natürliche Knochensubstanz ersetzt ist.

Korrektur von X-Beinen

Die wichtigste Anwendung, neben den bereits erwähnten grossen Knochenverlusten nach einem Unfall oder bei einer Tumor-Entfernung, sieht Dominique Pioletti beim Einsetzen von künstlichen Hüft- und Kniegelenken.

“Die heutigen Prothesen halten zwar einige Jahre, doch geht rund um das Implantat wichtige Knochensubstanz verloren. Hier kann unser Material sehr nützlich sein.”

Klinische Tests in fünf Jahren

“Nachdem wir das Material im Labor entwickelt haben, beginnen jetzt die Versuche an kleinen Labortieren”, so Pioletti zum Fahrplan. Diese Reihe dauere zwischen einem halben und einem Jahr.

“Verlaufen die Tests erfolgreich, können wir das Material bei grösseren Tieren, beispielsweise Schafen, anwenden”, so der Forscher. “Wir hoffen, in drei bis fünf Jahren mit den klinischen Tests beginnen zu können.”

swissinfo und Agenturen

Fakten

Drei Jahre lang wurde an dem Kunst-Knochen geforscht.
Jetzt sollen Tierversuche durchgeführt werden.
Bis in fünf Jahren soll das Material reif für klinische Tests in der Medizin sein.

In Kürze

Forschende in Lausanne haben ein Material entwickelt, das ähnliche Eigenschaften wie Knochen hat. Es besteht aus einer Kombination von Kunststoff und Keramik.

Das Material wird vom Körper aufgenommen und kann so als provisorischer Knochen bei Implantaten eingesetzt werden, bis der natürliche Knochen nachwächst.