Knorpelzellimplantate fürs lädierte Knie

Bisher gibt es keine wirksamen Behandlungsmöglichkeiten für größere Knorpeldefekte, die durch Abnutzung entstanden sind, zum Beispiel aufgrund langjähriger sportlicher Aktivitäten. Eine Lösung könnte der 3D-Biodruck (Bioprinting) sein, bei dem dreidimensionales, biologisches Gewebe entsteht, das auch lebende Zellen enthalten kann. Wissenschaftler des Fraunhofer-Instituts für Angewandte Polymerforschung IAP und der Brandenburgischen Technischen Universität Cottbus-Senftenberg (BTU) setzen auf diese Technologie und arbeiten im Projekt BioPol-3D an Biotinten, die patienteneigene Knorpellzellen enthalten. Daraus sollen mit Hilfe eines 3D-Druckers personalisierte Knorpelzellimplantate werden.

„Die Zellen sind dabei in ein Hydrogel eingebettet. Diese Biotinten können während oder nach dem Druck vernetzt oder stabilisiert werden, um die gewünschte Form und Struktur zu erzeugen“, erklärt Professor Ruben R. Rosencrantz, Leiter des Forschungsbereichs Life Science und Bioprozesse am Fraunhofer IAP und Inhaber des Lehrstuhls Biofunktionelle Polymermaterialien an der BTU. Dabei setzen die Forscher auf Glykopolymere als Hydrogelmatrix. Sie werden im Rahmen des Projektes auf ihre Material- und Verarbeitungseigenschaften für das Bioprinting untersucht und dafür optimiert.

Der Ansatz der Wissenschaftler, die Knorpelzellen zu verdrucken, gehe über herkömmliche Verfahren hinaus, so Prof. Ursula Anderer, die an der BTU die AG Zellbiologie und Tissue Engineering leitet: „Wir bringen die biologische Komponente – also die Knorpelzellen – direkt in Form. Es wird also nicht erst ein Gerüst gedruckt, auf dem später Zellen angesiedelt werden. Und sie ergänzt: „Es gibt eine Vielzahl an Parametern, die wir berücksichtigen müssen, um druckfähige Tinten zu entwickeln: die empfindlichen Knorpelzellen müssen vital bleiben, die Tinten müssen biokompatibel und kontrolliert bioabbaubar sein und schließlich muss die gewünschte Knorpelform eine hohe Stabilität und Festigkeit aufweisen. Unser Ziel ist es, eine fortschrittliche 3D-Zellkultur für die Therapie von Knorpelschäden zu etablieren und gleichzeitig die Herstellung solcher Formkörper durch additive Fertigung zu revolutionieren

Das Projekt wird für vier Jahre vom Bundesministerium für Bildung und Forschung mit rund 2 Mio. Euro gefördert.