Anzeige
Wissenschaft und Forschung 05.07.2018

Kieferknochen aus dem Drucker: Forschungserfolg beim Bioprinting

Kieferknochen aus dem Drucker: Forschungserfolg beim Bioprinting

Bioprinting – die Herstellung lebenden Gewebes aus dem 3-D-Drucker – ist brandaktuell und wird aller Voraussicht nach in den nächsten Jahren die Forschung auf dem Gebiet der rekonstruktiven Chirurgie gravierend mitbestimmen. Jetzt ist Wissenschaftlern ein entscheidender Fortschritt gelungen. Die zukunftsweisenden Untersuchungsergebnisse wurden auf dem 68. Jahreskongress der Deutschen Gesellschaft für Mund-, Kiefer- und Gesichtschirurgie (DGMKG) vom 6.-9. Juni in Dresden vorgestellt.

Stillstand ist Rückschritt, auch in der modernen MKG-Chirurgie. Neben dem Gewebeaufbau mit bewährten Verfahren gilt der wissenschaftliche Ehrgeiz der Erforschung neuer, verbesserter Methoden. Ein entscheidender Durchbruch scheint jetzt einem WissenschaftlerTeam1 gelungen zu sein. Um beispielsweise nach ausgedehnten Krebsoperationen fehlenden Kieferknochen zu ersetzen, wurde bisher Knochen aus anderen Körperregionen (z. B. aus dem Wadenbein) verwendet. Das ist aufwändig und mit einer zweiten Operation im Bereich der Entnahmestelle verbunden. Daraus entstand die Vision, Biomaterial zum Kieferknochenersatz zu „züchten“, absolut passgenau per 3-D-Drucker zu fertigen und zu implantieren. Doch die Entwicklung und der erfolgreiche Einsatz belastungsstabiler Gerüstmaterialien, sogenannter „Scaffolds“, zum Kieferersatz stellten bis dato eine große Herausforderung dar. Zusätzliche Verfahren zur Förderung der Knochenregeneration sind überdies häufig nicht effektiv genug oder toxisch.

Daher war es Ziel der Forschergruppe, reproduzierbare, passgenaue Scaffolds zu generieren, die mit einem neuartigen, im Reagenzglas (in vitro) transfektionseffektiven aber zugleich wenig toxischen Gen-Vektor-Komplex verbunden werden sollten, um eine dreidimensional kontrollierte Geweberegeneration zu erlauben. Darüber hinaus sollte das Wachstum von Blutgefäßen aus vorgebildeten Adern – die Angiogenese – in das belastungsstabile Scaffold bzw. den neugebildeten Knochen erstmals im kritischen Knochendefekt (critical size defect) des Kieferwinkels, ein Bereich, in dem die Knochenheilung nicht spontan und vollständig erfolgen wird, in vivo – also im lebenden Organismus – in 3-D untersucht werden.

Versuch geglückt: Zukunftsweisende Resultate

3-D-gedruckte, belastungsstabile, resorbierbare Scaffolds (250/500 um Porengröße) mit Plasmid-DNA/RAFT-Komplexen (Reversible Addition-Fragmentation Chain Transfer) beschichtet (Träger: Gelatine, protrahierte Freisetzung) wurden passgenau in critical-sizeDefekte im Tierkiefer eingebracht. Die Proben wurden mittels Kontrastmittel-µCT sowie Immunhisto nach 7, 14, 28 und 56 Tagen hinsichtlich Neoangiogenese und Knochenregeneration ausgewertet. Es gelang, bei einer Ortsauflösung von 9 µm 3-D Gefäß- (Vascular volume, mean number of vessels, mean vessel thickness) und Knochenparameter zu bestimmen. Im zeitlichen Verlauf konnte eine im Vergleich zur Kontrollgruppe gesteigerte Knochenregeneration im Scaffold-Bereich nachgewiesen werden, welche mit der Gefäßneubildung korrelierte r=0,86 (p<0,05). Eine Toxizität in vivo konnte nicht nachgewiesen werden. Somit scheint das photopolymerisierbare Gelatine-basierte Hydrogel-System geeignet, die Plasmid-DNA/RAFT-Komplexe auf den Scaffolds zu immobilisieren, während es gleichzeitig die Freisetzung des Komplexes verzögert. Das Erstellen der 3-D-gedruckten, belastungsstabilen, resorbierbaren Scaffolds ist rasch und zuverlässig möglich, was eine klinische Translation erheblich erleichtert. Ein Meilenstein in der Entwicklung immer besserer und effektiver Möglichkeiten zur Rekonstruktion knöcherner Kieferdefekte. Wann 3-D-Bioprinting-Kieferknochen erfolgreich beim Menschen eingesetzt werden kann, scheint damit in greifbare Nähe zu rücken.

1 Dr. Dr. Oliver Bissinger1 , Marko Boskov1 , Dr. Carolin Götz1 , Prof. Dr. Neil Cameron2 , Dr. Pathiraja Gunatillake3 , Kirsten Nagel1 , Prof. Dr. Dr. Klaus-Dietrich Wolff1 , Dr. Patrina Poh4 , Prof. Dr. Dr. Martijn van Griensven4 , Prof. Dr. Dr. Andreas Kolk1 , Dr. Helmut Thissen3
1 Klinikum rechts der Isar der TU München, Deutschland; 2 Department of Materials Science and Engineering, Monash University, Melbourne; 3 Commonwealth Scientific and Industrial Research Organisation (CSIRO), Melbourne; 4 Experimentelle Unfallchirurgie der Klinik und Poliklinik für Unfallchirurgie, Technische Universität München

Quelle: DGMKG

Foto: schankz – stock.adobe.com
Mehr
Mehr News aus Wissenschaft und Forschung

ePaper

Anzeige