Vielleicht bedarf es wirklich des nüchternen Blickes eines Materialforschers, um der Idee eines künstlichen Knochens zum Erfolg zu verhelfen.
"Ein Knochen ist etwas, was wir heute als Materialwissenschaftler definieren würden als ein Nanokompositwerkstoff, das heißt als ein sehr intelligent nanostrukturtriertes Material mit einer phantastischen Balance aus Festigkeit, Steifigkeit, aber auch der Zähigkeit", "
sagt der Hallenser Materialwissenschaftler Dr. Sven Henning. Seine mechanischen Eigenschaften verdankt der Knochen nanometerkleinen Partikeln aus Calcium und Phospatmineralien, die in das Kollagengerüst eingebettet sind. Das ahmt Sven Henning nach. Dazu nimmt er einen Biokunststoff, die Polyhydroxybuttersäure. Dieser von Bakterien aus Stärke und Glukose produzierte Kunststoff begeistert die Mediziner seit langem: Er wird vom Körper gut vertragen, ist wasserunlöslich und extrem fest. Doch er splittert leicht wie Glas, versucht man ihn zu biegen. Das verhindert Sven Henning nun, in dem er nach dem Vorbild der Natur 20 bis 50 Nanometer feine Kalzium- und Phosphatkristalle im Kunststoff verteilt. So entsteht ein Material, dass in seinen Eigenschaften dem natürlichen Knochen recht nahe kommt.
""Was wir erreichen möchten ist ein Material, was im Körper zunächst die Stützfunktion des verlorenen Knochens ersetzt, also wir wollen eine Fehlstelle, die da ist, überbrücken, reparieren."
Komplette Knie- oder Hüftgelenke soll der künstliche Bioknochen nicht ersetzen, aber kleinere Lücken nach einem Bruch oder Tumor könnte er füllen.
Heute verpflanzen Mediziner Knochenstücke aus anderen Körperteilen, um solche Defekte zu heilen. Künftig könnte dies der Kunstknochen aus Mineralien und Polyhydroxybuttersäure übernehmen. Zumindest vorübergehend. Denn der Körper baut den Kunststoff allmählich ab.
"Was wir möchten, ist ein temporäres Implantat, also wir haben hier Prozesse, die sich über viele Monate bis Jahre erstrecken, dass wir dieses Implantat völlig ersetzen durch gesunden Knochen."
Zu den großen Pluspunkten von Polyhydroxybuttersäure zählt nämlich, das sie gut von Zellen besiedelt wird, auch von Knochenzellen. Im Labor lockt Sven Henning allein durch die Oberflächengestaltung mit vielen Poren und rauen Stellen die Knochenzellen auf seinen Kunststoff. Zusätzliche Wachstumsfaktoren braucht er nicht.
"Wir konnten bislang nachweisen, dass unser Material das Wachstum dieser Zellen unterstützt, dass also die Knochenzellen den Untergrund mögen und sich dort vermehren, sich an das Substrat anschmiegen. Aber, was für uns viel wichtiger ist, das machen, was sie machen sollen: Nämlich das Kollagen zunächst zu produzieren. Also der weiche, nachgiebige Bestandteil des Knochens. Knochenwachstum in der Natur wird ja so realisiert, dass zunächst das Kollagen vorgelegt wird, und dann diese Kalzium-Phosphatkristalle ausgefällt werden."
Genau so, darauf deuten die neuesten Ergebnisse von Sven Henning hin, verhalten sich die Knochenzellen auf dem künstlichen Knochen. Sollte das später genauso im Körper funktionieren, könnte eine feste Verbindung zwischen Implantat und Knochen entstehen.
"Dass wir dadurch zunächst erst einmal eine starke mechanische Verknüpfung haben, also wirklich wie so ein Druckknopf-Prinzip, dass ich ein intensives Ineinandergreifen der beiden Komponenten habe. Und dann ein Abbau des Implantates dazu führt, dass der Knochen dort hineinwächst und letztlich synchron zum Abbau dieses Implantates dies völlig ersetzen soll."
Knochenwachstum und Abbau des Implantats so zu steuern, das beides zeitgleich passiert, dürfte nochmals eine Herausforderung sein.
"Ein Knochen ist etwas, was wir heute als Materialwissenschaftler definieren würden als ein Nanokompositwerkstoff, das heißt als ein sehr intelligent nanostrukturtriertes Material mit einer phantastischen Balance aus Festigkeit, Steifigkeit, aber auch der Zähigkeit", "
sagt der Hallenser Materialwissenschaftler Dr. Sven Henning. Seine mechanischen Eigenschaften verdankt der Knochen nanometerkleinen Partikeln aus Calcium und Phospatmineralien, die in das Kollagengerüst eingebettet sind. Das ahmt Sven Henning nach. Dazu nimmt er einen Biokunststoff, die Polyhydroxybuttersäure. Dieser von Bakterien aus Stärke und Glukose produzierte Kunststoff begeistert die Mediziner seit langem: Er wird vom Körper gut vertragen, ist wasserunlöslich und extrem fest. Doch er splittert leicht wie Glas, versucht man ihn zu biegen. Das verhindert Sven Henning nun, in dem er nach dem Vorbild der Natur 20 bis 50 Nanometer feine Kalzium- und Phosphatkristalle im Kunststoff verteilt. So entsteht ein Material, dass in seinen Eigenschaften dem natürlichen Knochen recht nahe kommt.
""Was wir erreichen möchten ist ein Material, was im Körper zunächst die Stützfunktion des verlorenen Knochens ersetzt, also wir wollen eine Fehlstelle, die da ist, überbrücken, reparieren."
Komplette Knie- oder Hüftgelenke soll der künstliche Bioknochen nicht ersetzen, aber kleinere Lücken nach einem Bruch oder Tumor könnte er füllen.
Heute verpflanzen Mediziner Knochenstücke aus anderen Körperteilen, um solche Defekte zu heilen. Künftig könnte dies der Kunstknochen aus Mineralien und Polyhydroxybuttersäure übernehmen. Zumindest vorübergehend. Denn der Körper baut den Kunststoff allmählich ab.
"Was wir möchten, ist ein temporäres Implantat, also wir haben hier Prozesse, die sich über viele Monate bis Jahre erstrecken, dass wir dieses Implantat völlig ersetzen durch gesunden Knochen."
Zu den großen Pluspunkten von Polyhydroxybuttersäure zählt nämlich, das sie gut von Zellen besiedelt wird, auch von Knochenzellen. Im Labor lockt Sven Henning allein durch die Oberflächengestaltung mit vielen Poren und rauen Stellen die Knochenzellen auf seinen Kunststoff. Zusätzliche Wachstumsfaktoren braucht er nicht.
"Wir konnten bislang nachweisen, dass unser Material das Wachstum dieser Zellen unterstützt, dass also die Knochenzellen den Untergrund mögen und sich dort vermehren, sich an das Substrat anschmiegen. Aber, was für uns viel wichtiger ist, das machen, was sie machen sollen: Nämlich das Kollagen zunächst zu produzieren. Also der weiche, nachgiebige Bestandteil des Knochens. Knochenwachstum in der Natur wird ja so realisiert, dass zunächst das Kollagen vorgelegt wird, und dann diese Kalzium-Phosphatkristalle ausgefällt werden."
Genau so, darauf deuten die neuesten Ergebnisse von Sven Henning hin, verhalten sich die Knochenzellen auf dem künstlichen Knochen. Sollte das später genauso im Körper funktionieren, könnte eine feste Verbindung zwischen Implantat und Knochen entstehen.
"Dass wir dadurch zunächst erst einmal eine starke mechanische Verknüpfung haben, also wirklich wie so ein Druckknopf-Prinzip, dass ich ein intensives Ineinandergreifen der beiden Komponenten habe. Und dann ein Abbau des Implantates dazu führt, dass der Knochen dort hineinwächst und letztlich synchron zum Abbau dieses Implantates dies völlig ersetzen soll."
Knochenwachstum und Abbau des Implantats so zu steuern, das beides zeitgleich passiert, dürfte nochmals eine Herausforderung sein.