Herkömmliche Knochendefektbehandlungen wie Titanimplantate und autologe Knochentransplantate haben Einschränkungen bei der Behandlung großer Knochendefekte, die das umgebende Knochengewebe anfällig für Schäden machen. Um diese Probleme anzugehen, arbeitet das BioStruct-Projekt an einem bioresorbierbaren Implantat für einen knochenschonenderen Heilungsansatz.
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△Die von der RWTH Aachen entwickelte 3D-gedruckte Zink-Magnesium-Legierung, das Unterkiefermodell aus PLA, wird mit dem defektabgleichenden Implantat aus ZnMg kombiniert
Am 20. März 2023 erfuhr Antarctic Bear, dass die RWTH Aachen im Rahmen des BioStruct-Projekts eine neue Zink-Magnesium-Legierungskombination für die Gitterstruktur untersucht. Sie glauben, dass das Laserstrahl-Pulverbettschmelzen (PBF-LB) das einzige Verfahren ist, mit dem solche Strukturen hergestellt werden können.
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△ Gitterstruktur aus einer Zink-Magnesium-Legierung, hergestellt mit der PBF-LB-Technologie, mit einem Säulendurchmesser von 200 μm
Laserstrahl-Pulverbettfusion, neue Hoffnung für patientenindividuelle Implantate?
Das Laserstrahl-Pulverbettschmelzen eröffnet neue Gestaltungsmöglichkeiten für Implantate, die spezifische Patientenbedürfnisse wie mechanische Beanspruchung und Korrosionsverhalten am Einsatzort erfüllen können. Unter Verwendung eines Gitterstruktur-Designansatzes werden die Geometrie und Anordnung von Gitterzellen gemäß den festgelegten Anforderungen parametrisch erstellt. Die resultierende Gitterstruktur ist auf die Lokalisation des Knochendefekts zugeschnitten und bereit für die Herstellung in der PBF-LB-Technik.
In der Studie erreichten die Wissenschaftler eine Kornverfeinerung und eine gezielte Mikrostrukturanpassung, indem sie dem Zink eine geringe Menge Magnesium zusetzten. Sie stellten die erste Gitterstruktur aus einer Zink-Magnesium-Legierung her, die sich als wirksames und reproduzierbares Kieferknochenimplantat erwiesen hat. Die im Demonstrator verwendete Gitterstruktur hat einen Säulendurchmesser von 200 μm.
Die Forschungsergebnisse des BioStruct-Projekts werden auf die Herstellung von Implantaten angewendet, die auf der Grundlage der Erkenntnisse aus der Herstellung und Biokompatibilität von Implantaten aus Zink-Magnesium-Legierung entwickelt werden. Darüber hinaus wird auch der Konstruktionsprozess optimiert und automatisiert.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass das Team der RWTH Aachen in Deutschland eine material- und nachbearbeitungsspezifische Datenbank sowie eine anwendungsspezifische Datenbank erstellt, um patienten- und produktionsbezogene Anforderungen automatisch in den Designprozess zu integrieren. Übergeordnetes Ziel des Projekts ist es, maßgeschneiderte, bioresorbierbare Implantate herzustellen, die spezifische Patientenanforderungen erfüllen und schonendere Behandlungen ermöglichen.
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△ Delfter Forscher verwenden poröses Eisen, um biologisch abbaubare Knochenimplantate in 3D zu drucken
Fortschritte bei Knochenimplantaten durch 3D-Druck
Mithilfe von extrusionsbasiertem 3D-Druck haben Ingenieure der Technischen Universität Delft poröse, biologisch abbaubare Eisenimplantate mit großem Potenzial zum Ersatz von Knochen entwickelt. Diese temporären Implantate können vom Körper absorbiert werden, tragen dazu bei, das Risiko einer langfristigen Entzündung zu verringern, und ermöglichen die Gestaltung und Herstellung poröser Strukturen zur Behandlung kritischer Knochendefekte.
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△Wissenschaftler haben herausgefunden, wie man mit 3D-Druckern und gelartigen Materialien, die lebende Zellen enthalten, knochenähnliche Strukturen drucken kann
Gleichzeitig haben Forscher der University of New South Wales (UNSW) in Australien eine neue Technologie entwickelt, mit der knochenähnliche Strukturen aus lebenden Zellen in 3D gedruckt werden können, mit potenziellen Anwendungen in der Knochengewebezüchtung, Krankheitsmodellierung und Arzneimittelscreening. Die Technologie verwendet Tinten auf Keramikbasis, die direkt in die betroffenen Bereiche extrudiert werden können, um die In-situ-Rekonstruktion von Knorpel- und Knochendefekten zu erleichtern. Die Entdeckung, die in Zusammenarbeit mit Associate Professor Kristopher Kilian und Dr. Iman Roohani von der School of Chemistry der UNSW gemacht wurde, ermöglicht das Drucken von mit Zellen gefüllten „Skeletten“ bei Raumtemperatur.
