EPFL-Forschende ermöglichen 3-D-Druck von Knochen

In der Medizintechnik feiert die additive Fertigung grosse Erfolge. Implantate, funktionsfähige Haut und vollständige Herzen aus menschlichem Gewebe: Dies und vieles mehr haben Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler mithilfe von 3-D-Druckern bereits hergestellt. Nun entwickelten Forschende der EPFL eine Methode, um knochenähnliches Material zu drucken. 

Das ist schwieriger, als es scheinen mag. Denn Materialien wie Knochen oder auch Muschelschalen sind gleichzeitig leicht und robust sowie porös und fest. So etwas in einem Labor oder in einer Fabrik herzustellen, ist eine grosse Herausforderung – erst recht, wenn umweltfreundliche Werkstoffe und Verfahren zur Anwendung kommen sollen. 

Ein Bakterium sorgt für Festigkeit

Der Clou an der neuen Druckmethode: Die von den Forschenden zu diesem Zweck entwickelte Tinte enthält ein Bakterium, das bei Kontakt mit einer harnstoffhaltigen Lösung Kalziumkarbonat produziert. Mithilfe dieser Tinte können die Forschenden beliebige dreidimensionale Formen drucken, die sich innerhalb von etwa vier Tagen zu knochenähnlichen Materialien mineralisieren. So entsteht schliesslich ein Endprodukt mit einem Mineralgehalt von über 90 Prozent, wie die EPFL mitteilt. 

Der auf diese Weise produzierte Bioverbundwerkstoff lässt sich mit normalen 3-D-Druckern und mit natürlichen Mineralien herstellen. Die Endprodukte enthalten keine lebenden Bakterien mehr, da sie am Ende des Mineralisierungsprozesses in Ethanol getaucht werden.

Knochen, Kunst und Korallenriffe flicken

Entwickelt wurde das Verfahren von fünf Forschenden, die am Soft Materials Laboratory der EPFL arbeiten. Sie präsentierten die Ergebnisse ihrer Forschung in der Zeitschrift "Materials Today". Im Artikel stellen die Wissenschaftler und Wissenschaftlerinnen vielfältige Anwendungsmöglichkeiten in Aussicht. 

Mit dem neuen Druckverfahren kann man Kunstwerke reparieren. (Source: EPFL)

Abgesehen von künftigen biomedizinischen Anwendungen – die Forschenden erwähnen etwa die Wiederherstellung von bestimmten Knochenteilen – könnte das Verfahren heute schon für die Restauration von Kunstwerken zum Einsatz kommen. Die Tinte liesse sich auch direkt auf Objekte auftragen, um zum Beispiel Risse in Vasen oder Statuen zu reparieren. Zudem könnte man mithilfe der neuen Druckmethode auch künstliche Korallen herstellen, womit sich zerstörte Riffe wiederbeleben liessen. 

Auch künstliche Korallen lassen sich mithilfe der bakterienhaltigen Tinte herstellen. (Source: EPFL)

Übrigens: Bioprinting, also das Drucken von biologischem Gewebe, eröffnet in der regenerativen Medizin neue Wege. Mithilfe von 3-D-Biodruckern entwickeln ETH-Forschende wie Philipp Fisch Knorpeltransplantate aus Körperzellen. Mehr dazu erfahren Sie in der Reportage: "Wenn das Ohr aus dem Drucker kommt".