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Vortrag (20 Min., 5 Min. Diskussion, 5 Min. Raumwechsel)

Nachbildung der Osteonstruktur durch Methoden der Biofabrikation

Freitag (20.09.2019)
12:00 - 12:30 Uhr Rotterdam
Bestandteil von:


Natürlicher kortikaler (fester) Knochen besteht aus konzentrisch angeordneten, dicht gepackten Einheiten, die als Osteonen bezeichnet werden. Osteone sind parallel zur Knochenachse ausgerichtet und bestehen aus mineralisierten Kollagenfasern um den zentralen Havers Kanal, in dem Gefäße und Nerven lokalisiert sind. Zum gleichzeitige Positionieren von lebenden Zellen, Hydrogelen (3D-Tinten) und anderen Biomaterialien nach einem benutzerdefinierten Schema wurde Tintendruck eingesetzt, um komplexe Gewebemodelle gemäß eines „Bottom-Up“-Ansatzes aufzubauen.

Ziel dieser Studie war die Nachbildung der konzentrischen 3D-Schichten des Osteons mit gedruckten, röhrenförmigen Konstrukten aus einem Hydrogelkomposit, das mit Biokeramikpartikeln verstärkt wurde. Das mit Partikeln verstärkte, gedruckte Konstrukt bietet die mechanische Stabilität und Bioaktivität, die für die Biomineralisierung des Systems erforderlich ist. Dieses Substrat kann ähnlich wie das native Osteon mit Gefäßsystem und neuronalen Netzwerken weiterentwickelt werden.

Die Nanopartikel aus Forsterit (Mg2SiO4) mit großer Oberfläche wurden mit der Sol-Gel-Technik synthetisiert. Die Druckparameter und die Formbeständigkeit wurden unter Verwendung verschiedener Hydrogel- und Partikelkonzentrationen (bis zu 5 Gew.-% nFo) analysiert. Zudem wurde die Bioaktivität der Hydrogelkomposite während der 14-tägigen Inkubation in simulierter Körperflüssigkeit (Simulated Body Fluid, SBF) untersucht.

Die Ergebnisse zeigten, dass durch kontrollierte Vernetzung und optimierte Partikelmenge bis zu 1 Gew.- % eine flexible und elastische nFo-Alginat-Struktur durch 3D-Druck erzeugt werden kann. Mit steigendem Partikelgehalt wurde eine höhere Bioaktivität beobachtet, die durch eine verstärkte Ausfällung von Apatit auf der Oberfläche der vernetzten Hydrogele während der 14-tägigen Inkubation in simulierter Körperflüsigkeit bestätigt wurde. Die Elementaranalyse bestätigte auch die höhere Freisetzung von Mg- und Si-Ionen aus den Composite-Tinten, die 5 Gew.-% nFo enthielten. Diese Ergebnisse demonstrieren die Eignung dieses Komposits als Gerüstmaterial für Knochentransplantate.

Zusammenfassend wurde in dieser Studie die Optimierung der Materialparameter für 3D-gedruckte nFo-Alginat-Gerüste sowie die Verbesserung der mechanischen Eigenschaften und der Bioaktivität durch den Einbau von Forsterit-Partikeln gezeigt.

Sprecher/Referent:
Dr. Sahar Salehi
Universität Bayreuth
Weitere Autoren/Referenten:
  • Mairon Trujillo Miranda
    Universität Bayreuth
  • Juan Uribe Gomez
    Universität Bayreuth

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