3D-Druck heilt Knochendefekte bei Diabetes
Neubildung von Knochen laut Forschern der Shanghai Jiao Tong University bei Mäusen gelungen
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3D-Biodruck: Forscher lassen Knochen wachsen (Foto: Jinwu Wang, en.sjtu.edu.cn) |
Shanghai (pte002/31.03.2021/06:05)
Ein Knochendefekt ist für Diabetespatienten nach Frankturen ein ernsthaftes Problem. Forscher der Shanghai Jiao Tong University http://en.sjtu.edu.cn haben jetzt erstmals eine Lösung gefunden. Bei diesem Verfahren wird mittels 3D-Biodruck ein „Gerüst" für die Reparatur der Knochen hergestellt. Die Wissenschaftler gehen sogar davon aus, dass es ihnen erstmals gelungen ist, eine wirksame Methode für die Behandlung von Knochendefekten bei Patienten mit Diabetes zu entwickeln. Diabetes kann dass Risiko eines Knochenbruchs um 20, bei manchen Patienten sogar um 300 Prozent erhöhen. Die Knochenregeneration ist deutlich eingeschränkt und führt zu einer großen Anzahl von Knochendefekten.
Die mittels 3D-Biodruck hergestellten „Gerüste" werden mit Stammzellen aus dem Knochenmark, das knochenmorphogenetische Protein 4 und Makrophagen durchtränkt. Laut dem korrespendierenden Autor Jinwu Wang probierten die Forscher vielfältige Varianten bei der Zusammensetzung aus. Bei einer konnte schließlich bei als Versuchstiere eingesetzten Mäusen eine wirklich bemerkenswerte Bildung von neuen Knochen festgestellt werden.
Es wurde bereits in der Vergangenheit versucht, konventionellen 3D-Druck für die Herstellung von Knochengerüsten zur Beschleunigung der Behebung der Knochendefekte einzusetzen. Diese Technologie ermöglicht das Drucken einer präzise kontrollierten Form und Struktur. Bei Diabetespatienten kann sich jedoch das Umfeld um den Knochendefekt entzünden. Verantwortlich dafür ist, dass die Krankheit zu einem abnormalen Verhältnis zwischen zwei Arten von Makrophagen führt, die eine entscheidende Rolle bei der Bewältigung des Entzündungsprozesses spielen. Die Folge ist eine entzündliche Schädigung, die der Körper nicht selbst reparieren kann. Die Entzündung ihrerseits kann Blutgefäße von der Versorgung abschneiden oder die Entwicklung neuer verhindern.
[b]„Bio-Inks" transportieren lebende Zellen[/b]
Der 3D-Biodruck nutzt „Bio-Inks" zur Beförderung von lebenden Zellen, die das Knochenwachstum fördern. Damit sollte eine bessere Kontrolle der Verteilung und Anlagerung von Osteoblasten möglich werden. Das gelte vor allem dann, wenn sie von einem Teil der weißen Blutkörperchen begleitet werden, die notwendig sind, um das Verhältnis zwischen den beiden Arten von Makrophagen wieder herzustellen. Um erfolgreich zu sein, benötigen diese Bio-Inks jedoch eine gute Druckfähigkeit, nach dem Druck eine gute mechanische Stabilität und eine gute Biokompatibilität also die Fähigkeit das Zellwachstum zu fördern. Alle Bio-Inks, die bisher getestet wurden, können nur einen oder zwei diese Anforderungen erfüllen.
[b]Zusammensetzung entscheidend[/b]
Die Forscher des Laboratory of Orthopaedic Implants der Shanghai Jiao Tong University haben eine Rezeptur zusammengestellt, die allen diesen Anforderungen entspricht. Sie statten die Bio-Inks mit mesenchymalen Knochenmarkstammzellen, dem knochenmorphogenetischen Protein 4 (BMP-4) und den Makrophagen aus, um bei der dysregulierten Entzündung Abhilfe zu schaffen. Zusätzlich wurde der Rezeptur ein Verabreichungssystem für die Arzneimittelabgabe hinzugeführt. Ziel dabei war es, den Zeitraum in dem die Knochenbildung stattfinden kann, zu verlängern. Bei mesoporösen Silikat-Nanopartikeln handelt es sich um anorganische Nanopartikel, die bereits für die Verabreichung von Medikamenten eingesetzt wurden. Die Forschungsergebnisse wurden in „Bioactive Materials" veröffentlicht.
In der Folge planen die Forscher ein biologisches Gerüst zu entwickeln und zu drucken, das durch eine verbesserte Porenstruktur im Inneren einen noch besseren Blutfluss ermöglicht. Das sollte die Regulation des Immunsystems steigern und die Entwicklung von Knochen und Blutgefäßen fördern. Mit diesen zusätzlichen Wirkungen wird das Verfahren die Knochenreparatur noch weiter beschleunigen.
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