ETH Zürich entwickelt Hydrogel zur Reparatur von Knochen
Forschende der ETH-Zürich haben ein neues Material zur Heilung von gebrochenen Knochen entwickelt. Das Implantat auf Hydrogelbasis soll eines Tages in Kliniken eingesetzt werden
Weich wie Pudding ist dieses Hydrogel, das sich mit der Zeit im Köper auflöst, wie die ETH Zürich am Montag mitteilte. Bei der Entwicklung dieses neuen Materials habe Xiao-Hua Qin, Professor für Biomaterials Engineering der ETH Zürich, mit seiner Gruppe einen neuen Ansatz gewählt. Dieser orientiere sich stärker an der natürlichen Knochenheilung.
Zu deren Beginn bilde der Körper ein weiches, durchlässiges Gewebe, in das Zellen, Immunzellen und Nährstoffe einwandern können. Erst später entsteht daraus harter Knochen.
Bisher bauten die Chirurginnen und Chirurgen bei grossen Schäden an Knochen, zum Beispiel nach einem Ski-Unfall, starre Implantate ein, um ein Zusammenwachsen des Knochens zu ermöglichen. Sie verwendeten dafür körpereigene Knochenstücke, Metall- oder Keramikteile.
Diese haben allerdings Nachteile: Eigene Knochen müssen an einer zweiten Operationsstelle entnommen werden und Metallimplantate können sich mit der Zeit lockern.
Das entwickelte Hydrogel ahme hingegen den frühen Heilungsprozess nach, heisst es in der Mitteilung. Damit das weiche Material die nötige Struktur erhalte, haben die Forschenden spezielle Moleküle hinzugefügt. Werden Bereiche nun mit Laserlicht bestrahlt, verfestigen sie sich sofort. Andere Teile können entfernt werden.
So liessen sich präzise und feine Strukturen herstellen, die nur wenige hundert Nanometer gross sind. Trotz der puddingartigen Konsistenz könne das Material schnell geformt werden.
Die erzeugten Strukturen orientieren sich am Aufbau eines echten Knochens, der von einem komplexen Netzwerk aus winzigen, flüssigkeitsgefüllten Kanälen durchzogen ist. Die Strukturen dienen dazu, dass verschiedene Zellypen das Implantat besiedeln und neue Knochensubstanz bilden können.
Tests im Labor würden bereits zeigen, dass knochenbildende Zellen das strukturierte Hydrogel gut annehmen und beginnen, Kollagen zu produzieren, einen wichtigen Bestandteil von Knochen.
Bisher haben die Forschenden der ETH Zürich das Hydrogel erst im Reagenzglas getestet. Als nächstes planen sie in Zusammenarbeit mit einem Forschungsinstitut in Davos Tests in Tieren. Langfristig hoffen sie, ein massgeschneidertes Implantat zu entwickeln, das in der medizinischen Praxis eingesetzt werden soll.
