Skelettschäden: Knochen kriegen Stütze

18. März 2016
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Krankheiten oder Unfälle führen häufig zu Schäden am Skelettsystem. Mit einem innovativen Reparaturschaum oder maßgeschneiderten Implantaten aus dem 3D-Drucker gewinnen Patienten ihre Lebensqualität wieder zurück. Sogar lebende Zellen werden jetzt in Form gebracht.

Zwischen vier und acht Prozent aller Menschen in Deutschland leiden an Osteoporose. Betroffen sind vor allem Frauen ab dem 45. Lebensjahr und Männer jenseits ihres 55. Geburtstags. Orthopäden raten Patienten in der aktuellen DVO-Leitlinie, ihren Lebensstil zu ändern, sich zu bewegen und Muskeln aufzubauen. Gleichzeitig sollte die Medikation hinsichtlich ihres Frakturrisikos überprüft werden. Neben Calcium und Vitamin D verordnen Ärzte unter anderem Alendronat, Bazedoxifen, Denosumab, lbandronat, Östrogene, Teriparatid, Raloxifen, Risedronat, Strontiumranelat und Zoledronat. Trotzdem bleibt die Versorgungssituation unbefriedigend.

Reparaturschaum im OP

Wissenschaftler um Pierre Weiss aus Nantes berichten jetzt [Paywall] von einem selbstabbindenden Schaum, um Defekte im Knochen zu reparieren. Galenische Anwendungen dieser Art sind nicht neu. Allerdings ist es jetzt nach etlichen Versuchen gelungen, besonders feinporige Formulierungen herzustellen. Weiss setzt bei der Anwendung von injizierbarem Calciumphosphat-Zement auf siliziumorganische Verbindungen. Sein makroporöses Präparat zeigte im Tierexperiment gute Eigenschaften. Es stabilisierte den Knochen und kurbelte Regenerationsprozesse an. Toxische Effekte traten nicht auf. „Wir glauben, dass dies ein gutes Biomaterial ist, um vielleicht zusammen mit aktiven Molekülen gegen Osteoporose lokal vorzugehen“, so Weiss. Er hofft, Chirurgen auf der ganzen Welt hätten bald ein Material zur Hand, um minimal invasiv gegen die Krankheit vorzugehen. Bis es soweit ist, bleiben klassische Behandlungsansätze.

Ersatzteile nach Maß

Trotzdem steht die Zeit nicht still. Australische Chirurgen haben weltweit erstmalig Halswirbel per 3D-Druck erzeugt und transplantiert. Ihr Patient litt an Chordomen, sprich seltenen Knochentumoren. Die maligne Erkrankung hatte die beiden oberen Halswirbel angegriffen, und Instabilitäten waren nur noch eine Frage der Zeit. Neurochirurg Ralph Mobbs entwarf auf Basis der Bildgebung ein passendes Implantat. Ein 3D-Drucker lieferte das Werkstück aus synthetischem Material. Zusammen mit Kollegen musste Mobbs den Kopf vom Knacken trennen, zerstörtes Knochenmaterial entfernen und schließlich Implantate passgenau einsetzen: eine „äußerst heikle OP“. Mobbs sieht den 3D-Druck bereits als „nächste Stufe in der individualisierten Gesundheitsfürsorge“. Sein Patient hat den 15-stündigen Eingriff von kleineren Blessuren abgesehen jedenfalls gut überstanden.

Lernen am Fisch

Im nächsten Schritt geht es darum, Software-Lösungen weiter zu verbessern. Forscher der Technischen Universität Wien und der RWTH Aachen präsentieren ein Programm, um Hohlräume in 3D-Objekten besser zu berechnen. Ihre Werkstücke erinnern zwar an Kinderspielzeug – ein Fisch, der im Wasser schwimmt oder eine Schildkröte, die kreiselartige Bewegungen ausführt. Alle Formen wurden am Computer hinsichtlich bestimmter Eigenschaften optimiert. Eine Software berechnet dabei automatisch, welche Form und Größe der Hohlraum haben muss. „Eingegeben wird die äußere Form der Figur und zusätzlich bestimmte Vorgaben – etwa die Rotationsachse oder die Schwebeausrichtung“, sagt Przemyslaw Musialski von der Technischen Universität Wien. „Die Software liefert dann zusätzlich zur äußeren Form auch die Form des Hohlraums im Inneren des Objektes.“ Entsprechende Optimierungsverfahren sollen dann dafür sorgen, dass Objekte die nötigen physikalischen Eigenschaften haben.

Der Drucker lebt

Die Prinzipien funktionieren nicht nur mit toter Materie. Forscher am Wake Forest Institute for Regenerative Medicine (WFIRM) in Winston-Salem haben jetzt gezeigt, dass sich lebende Kieferknochen, aber auch Knorpel, per 3D-Druck herstellen lassen. Bisher scheiterten entsprechende Versuche daran, dass Zellen ab einer Schichtdicke von 200 Mikrometern nicht mehr ausreichend mit Nährstoffen und Sauerstoff versorgt wurden. Anthony Atala hat jetzt Wege aus dem Dilemma gefunden [Paywall]. Er arbeitet mit einem Gerüst aus Polycaprolacton (PCL). Der Kunststoff ist biologisch abbaubar, stützt aber bis zu zwei Jahre lang neue Strukturen. Atala entwickelte ein Hydrogel aus Hyaluronsäure, Gelatine und Fibrinogen in Glycerin plus Glucose. Für verschiedene Gewebearten wurde diese Mischung jeweils modifiziert. Dank mikroskopisch kleiner Kanäle in der Matrix gelang es dem Forscher, alle Zellen zu versorgen. Soweit die Theorie. In der Praxis stellte Anthony Atala aus CT-Daten ein lebendes Knochenstück her und vermehrten die per 3D-Druck aufgetragenen Zellen. Schließlich hatten sie ein festes Implantat zur Hand. In Ratten wuchsen Blutgefäße aus angrenzendem Gewebe in die neue Struktur hinein. Weitere Studien müssen folgen, um abzuklären, ob das neue Verfahren überhaupt für menschliche Gewebe geeignet ist. Die Autoren sind jedenfalls zuversichtlich – und sehen sogar Möglichkeiten, komplette Organe herzustellen.

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Forschung, Medizin, Orthopädie

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8 Kommentare:

GastSakranzero
GastSakranzero

Lieber Herr Licht,
nach meinen Erfahrungen scheint ein allgemmeres Prinzip dahinterzustecken, dass dem Körper per bis zu schmerzhafter Anstrengung mitgeteilt werden muss, wo er heilen, stärken, aufbauen, neue Fähigkeiten erwerben, kurz gesgt, vitaler werden soll. Manches aus einer solchen Auftrafsliste verarbeitet er dann nachts im Schlaf.

#8 |
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Medizinjournalist

Das Wort “bewegen” ist die massenhafte falsche Botschaft. Anstrengen bis der Atem richtig knapp wird und lernen, genau dort verstärkt willentlich zu atmen, damit der Körper kapiert, was man will und diese Schwelle überwindet. Dann macht er, was man will, er baut auf und überwiegt dieser Aufbau den Abbau, wird alles gut – Knochen auch, vor allem Kreislauf, Herz. Hat der Körper es kapiert, ist Schluss mit der angeblichen Quälerei, denn wenn das Belohnungssystem den Trick kapiert hat, wird es zur Lust, egal wie alt man ist. Bloß bewegen ist da sehr weit weg. Wiederholt: Auf dem Laufband bergauf gehen, mehr muss nicht. Da kann auch dem lahmsten Anfänger nix passieren, nach einem halben Jahr rennt er wieder.

#7 |
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Gast
Gast

Na das klingt doch Hervorragend. Dann sollte auch pseudarthrose nach Frakturen ( wie ich sie aktuell habe) kein langwieriges Problem mehr darstellen.

#6 |
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Gast
Gast

Na, dann warten wir doch vielleicht erst einmal ab, schon manche Euphorie…

#5 |
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Diplom-Sportlehrer Heiko Diedrich
Diplom-Sportlehrer Heiko Diedrich

Das wird die Zukunft sein. Gratulation an die Wissenschaftler. Sensationelle Grundlagenforschung in dieser Thematik.

#4 |
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Gast
Gast

Hallo Frau Hild,
da aktuelle Forschung zum Reparaturschaum noch an Tieren und noch nicht am Menschen betrieben wird, wäre es äußerst unwahrscheinlich, dass Kliniken in Deutschland den Schaum bereits in der Parientenversorgung nutzen, sei es auch nur zu Studienzwecken.
Mfg

#3 |
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Helga Margareta Hild
Helga Margareta Hild

Hallo Herr van den Heuvel,
ein Artikel der Mut und Hoffnung macht…
Können Sie mir einen genaueren Hinweis zum “Reparaturschaum” geben?
Wird er bereits in Deutschland eingesetzt und wenn ja in welcher Klinik?
Vielen Dank für baldige Info
Helga M. Hild (HP)

#2 |
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Christina Klein
Christina Klein

Sehr geehrter Herr Heuvel, Ihre Artikel sind immer so toll geschrieben,danke !!!

Herzliche Grüße von Christina Klein ( Krankenschwester)

#1 |
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