Zusammenfassung
Die Behandlung ausgedehnter Knochen-defekte nach Traumata oder durch Tumoren stellt
nach wie vor eine signifikante Heraus-forderung im klinischen Alltag dar. Aufgrund
der bestehenden Limitationen aktueller Therapiestandards haben Knochen-Tissue-Engineering
(TE)-Verfahren zunehmend an Bedeutung gewonnen. Die Entwicklung von Additive-Manufacturing
(AM)-Verfahren hat dabei eine grundlegende Innovation ausgelöst: Durch AM lassen sich
dreidimensionale Gerüstträger in einem computergestützten Schichtfür-Schicht-Verfahren
aus digitalen 3D-Vorlagen erstellen. Wurden mittels AM zunächst nur Modelle zur haptischen
Darstellung knöcherner Pathologika und zur Planung von Operationen hergestellt, so
ist es mit der Entwicklung nun möglich, detaillierte Scaffoldstrukturen zur Tissue-Engineering-Anwendung
im Knochen zu fabrizieren. Die umfassende Kontrolle der internen Scaffoldstruktur
und der äußeren Scaffoldmaße erlaubt eine Custom-made-Anwendung mit auf den individuellen
Knochendefekt und die entsprechenden (mechanischen etc.) Anforderungen abgestimmten
Konstrukten. Ein zukünftiges Feld ist das automatisierte ultrastrukturelle Design
von TE-Konstrukten aus Scaffold-Biomaterialien in Kombination mit lebenden Zellen
und biologisch aktiven Wachstumsfaktoren zur Nachbildung natürlicher (knöcherner)
Organstrukturen.
Summary
Large bone defects resulting from trauma or tumour surgery are still considered a
major challenge in clinical practice. Despite high clinical demand, current treatment
options have a number of shortcomings. Bone tissue engineering (BTE)-strategies have
therefore been extensively investigated in recent years. The invention of additive
manufacturing (AM)-techniques two decades ago has had a huge impact on the BTE field
ever since then: Via AM a solid three dimensional structure can be formed from a digital
3D model using a layer-by-layer fabrication process. In the beginning, AM was mainly
used to build 3D models of bone pathologies (e. g. fractures, bone tumours) to enable
haptic assessment before and during surgery for planning and executing the surgical
procedure. However, as new techniques and materials have been developed, AM can nowadays
be used to manufacture ultrastructured three dimensional scaffolds for BTE applications
as well. Providing control over the internal scaffold architecture on micrometer scale
as well as over the external macroscopic scaffold shape, AM enables the fabrication
of patientspecific and/or custom-made scaffolds individually tailored to exactly match
the size and requirements (e. g. mechanical properties) of a bone defect. In the future,
new technologies that enable the direct fabrication of scaffolds with a parallel spatially
controlled deposition of cells and growth factors will further underpin the clinical
application of bone tissue engineering.
Schlüsselwörter
Additive Manufacturing - Rapid Prototyping - Knochen-Tissue-Engineering - Scaffold
- computergestütztes Design
Keywords
Additive manufacturing - rapid prototyping - bone tissue engineering - bone regeneration
- scaffold - computer aided design