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DFG-Projekte

Entwicklung prävitalisierter metallischer Hybridimplantate mit Biopolymerbeschichtung zur biologisch adäquaten patientenspezifischen Rekonstruktion von Gesichtsschädeldefekten

Das Projekt ist assoziiert an den Sonderforschungsbereich (SFB) 599 und ergibt sich aus dem Schwerpunkt der Evaluation von Implantaten aus resorbierbaren Magnesiumlegierungen.
Goldstandard für die Rekonstruktion von Defekten im Schädelbereich ist heutzutage die Transplantation von autogenem Knochen. Nachteilig hierbei sind der entstehende Entnahmedefekt beim Spender und die limitierte Verfügbarkeit. Das macht die Entwicklung von Knochenersatzmaterialien erforderlich, welche sowohl langfristig Form- und Konturstabilität als auch Ersatzresorption durch organspezifisches Gewebe garantieren. Neu entwickelte Fertigungsverfahren ermöglichen erstmals die Herstellung sogenannter Hybridimplantate, die sich aus Magnesium, Titan sowie Polymeren zusammensetzen.
Magnesium besitzt einen dem Knochen ähnlichen Elastizitätsmodul, ist biokompatibel und kommt natürlicher Weise im menschlichen sowie im tierischen Körper vor. Es kann vollständig resorbiert werden, wobei die entstehenden Abbauprodukte nicht toxisch sind. Diese Eigenschaften machen es zu einem sehr gut geeigneten Material zur Herstellung von resorbierbaren Implantaten.
Titan stellt dabei die anfangs zwingend erforderliche Festigkeit für das Schädelimplantat bereit. Mit verschiedenen Polymerbeschichtungen, die im Institut für Biomedizintechnik der Universität Rostock vorgenommen werden, soll die Korrosion der Magnesiumkomponente verzögert und die Gewebsneubildung gesteuert werden.
Eine vollständige Durchbauung des Implantates mit Knochengewebe ist gerade bei großen Defekten im Gesichtsbereich mit resorbierbaren Materialen bisher nicht verwirklicht.
Um die knöcherne Durchbauung zu unterstützen, werden die Implantate mit mesenchymalen Stammzellen oder auch Osteoblasten prävitalisiert. Dies wird außerdem durch die speziell angefertigte Gitterstruktur des Implantates gefördert. Eine frühe Gefäßeinsprossung ist für den Gewebeaufbau von besonderer Wichtigkeit. Proangiogene Faktoren sollen die initiale Vaskularisation unterstützen. Die spezielle Geometrie mit interkonnektiver Porenstruktur soll eine ausreichende nutritive Versorgung gewährleisten.
Zur Erzeugung einer der natürlichen Schädelform folgenden Implantatkontur und der Gitterstruktur wird das Verfahren des Selective Laser Meltings (SLM) für den Werkstoff Magnesium im Laser Zentrum Hannover (LZH) entwickelt. Mit diesem Verfahren können anhand von CT-Datensätzen individuell auf den Defekt abgestimmte Implantate entwickelt werden.
In vitro und im Tierversuch werden die Biokompatibilität und Vaskularisierung der Hybridimplantate, sowie der Einfluss der Prävitalisierung und der proangiogenen Faktoren untersucht. Die in vivo Versuche finden in Kooperation mit der Mund-, Kiefer- und Gesichtschirurgie der Medizinischen Hochschule Hannover statt.

Mitarbeiter:

Prof. Dr. I. Nolte, PD Dr. Murua Escobar, PD Dr. P. Wefstaedt, J. Matena, L. Roland, M. Grau

Kooperationspartner:
Laser Zentrum Hannover e.V., Hannover, Prof. Dr. Dr. h.c. H. Haferkamp
Lehrstuhl für Technische Chemie I, Universität Duisburg-Essen, Prof. Dr. S. Barcikowski
Zentrum für Zahn-, Mund- und Kieferheilkunde, MHH, Hannover, Prof. Dr. N.C. Gellrich

Laufzeit:

seit 2011, fortlaufend

Publikationen

Characterisation of Cell Growth on Titanium Scaffolds Made by Selective Laser Melting for Tissue Engineering. Matena J, Gieseke M, Kampmann A, Petersen S, Murua Escobar H, Sternberg K, Haferkamp H, Gellrich NC, Nolte I. Biomed Tech (Berl). 2013 Sep 7. pii: /j/bmte.2013.58.issue-s1-C/bmt-2013-4047/bmt-2013-4047.xml. doi: 10.1515/bmt-2013-4047. [Epub ahead of print] No abstract available. PMID: 24042642

J. Matena, M. Gieseke, A. Kampmann, H. Murua Escobar, H. Haferkamp, N.-C. Gellrich, I. Nolte; Prävitalisierung und Evaluation resorbierbarer Hybridimplantate;
21. Jahrestagung der FG “Innere Medizin und klinische Labordiagnostik” der DVG
(InnLab), 1./2. Februar 2013 in München; Posterbeitrag
 
Julia Matena, Matthias Gieseke, Andreas Kampmann, Svea Petersen, Hugo Murua Escobar, Katrin Sternberg, Nils-Claudius Gellrich, Heinz Haferkamp, Ingo Nolte
Verbesserte Oberflächenstrukturierung zum Einwachsen von Osteoblasten " ; 9. ThGOT / 9. Biomaterial-Kolloquium in Zeulenroda, 05.09.2013
 
 J Matena, M Gieseke, A Kampmann, S Petersen, H Murua Escobar, K Sternberg, H Haferkamp, N-C Gellrich, I Nolte; Characterisation of Cell Growth on Titanium Scaffolds Made by Selective Laser Melting for Tissue Engineering. Biomedizinische Technik/Biomedical Engineering 09/2013
BMT2013, 19.09.13, Graz 2013
 
J. Matena, M: Gieseke, A. Kampmann, S. Petersen, H. Murua Escobar, K. Sternberg, N.-C. Gellrich, H. Haferkamp, I. Nolte; PATIENTENINDIVIDUELLE TITANIMPLANTATE MITTELS SELECTIVE LASER MELTING (SLM) Vortrag: DVG-Vet-Congress, DVG-Fachgruppe Chirurgie, Berlin am 8.11.2013

Matena J, Gieseke M, Kampmann A, Petersen S, Murua Escobar H, Sternberg K, Haferkamp H, Gellrich NC, Nolte I.; Characterisation of Cell Growth on Titanium Scaffolds Made by Selective Laser Melting for Tissue Engineering. Biomed Tech (Berl). 2013 Sep 7. pii: /j/bmte.2013.58.issue-s1-C/bmt-2013-4047/bmt-2013-4047.xml. doi: 10.1515/bmt-2013-4047. [Epub ahead of print] No abstract available.
International Conference on Biomedical Technology (ECCOMAS THEMATIC CONFERENCE) from 11-20-2013 to 11-22-2013 in Hanover

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