Novel ceramic foam-scaffolds for personalized bone replacement

Es gibt eine Vielzahl von Möglichkeiten unterschiedlichste Biomaterialien mit spezifischer Gestalt und definierten Porositäten herzustellen. Methoden wie die Pressformgebung, PIM (Powder Injection Molding) und MIM (Metal Injection Molding) sind meist auf die Herstellung dichter Strukturen ausgerichtet. Gradierte und poröse Formkörper indes, können bspw. über Schlickergießen, vor allem aber über allgemein bekannte Schäumungsmethoden (Replica-, Platzhaltermethode, Direktschäumung) hergestellt werden. Aktuelle Forschungsaktivitäten favorisieren Additive Fertigungsmethoden, mit denen es gelingt, reproduzierbare komplexe, drei-dimensionale dichte oder gezielt poröse Strukturen herzustellen.Dieser Beitrag stellt co-gefertigte keramische Kompositstrukturen vor, welche die Vorteile konventioneller bzw. additiver Fertigungsmethoden mit denen eines Schaumherstellungsverfahrens vereinen. Damit gelingt die Herstellung neuartiger keramischer Schaumstrukturen, die als Knochenersatzmaterial anwenderspezifisch individualisiert werden können. So wurden keramische Komposit-Strukturen aus ZrO2 hergestellt, die ähnlich einem realen Knochen, außen eine dichte Hülle und im Innern eine offenporöse Schaumstruktur aufweisen. So erlaubt hier das LCM-Verfahren (Lithography-based Ceramic Manufacturing) einerseits die Herstellung einer reproduzierbaren Außenkontur, die angepasst an die jeweilige Anwendung, spezifische und lokale Oberflächenmodifikation erlaubt. Andererseits gestattet das poröse innere, nachweislich ein An-/Durchwachsen von Zellmaterial. Erste Ergebnisse von CT (Computertomographie)-Aufnahmen zeigen einen meist vollständigen, mindestens aber teilweise bestehenden Form- und Materialschluss zwischen den unterschiedlichen Porositätsbereichen. Porengrößenverteilungen erlauben Rückschlüsse auf vorhandene Porosität und Porengrößen und somit auch indirekt auf die Biokompatibilität. Eine Steigerung der Biointegration hergestellter Strukturen kann durch die Verwendung diverser Drug Delivery Systeme, ausgehend von dem porösen, aber auch dem lokal modifizierbaren dichten Bereich der Kompositstrukturen, erfolgen. Unter Verwendung geeigneter Materialien sind schließlich auch resorbierbare porös-dichte Strukturen denkbar.