ETH-Forschende entwickeln Hydrogel für die Knochenheilung

(CONNECT) ETH-Forschende haben ein neuartiges Hydrogel entwickelt, welches zum Grossteil aus Wasser und einem Polymernetzwerk besteht. Das Hydrogel kann mit Laserlicht schnell zu einem Material mit mikroskopisch feinsten Strukturen verfestigt werden, welches anschliessend von knochenbildenden Zellen besiedelt werden kann. Laut einer Mitteilung könnte das Material zukünftig als Knochenimplantat eingesetzt werden und damit die Heilung von Knochenbrüchen verbessern.

Knochenimplantate werden bei grossen Schäden am Knochen zur Heilung benötigt. Während die meisten Implantate entweder zu starr sind oder, im Falle eines Autografts, dem Patienten an einer zweiten Operationsstelle entnommen werden müssen, ist das neuartige Hydrogel weich wie Pudding und löst sich mit der Zeit im Körper auf.

Das Material wurde von Xiao-Hua Qin, Professor für Biomaterials Engineering an der ETH Zürich, zusammen mit seinem Team sowie dem ETH-Professor Ralph Müller entwickelt. Es ist der natürlichen Knochenheilung nachempfunden und besteht zu 97 Prozent aus Wasser und zu 3 Prozent aus einem biologisch verträglichen Polymer. Ein Verbindungsmolekül und ein auf Licht reagierendes Molekül ermöglichen, dass sich das Material nach Wunsch verfestigen kann. Mit Hilfe von Laserstrahlen können beliebige Formen und Strukturen in feiner Auflösung ins Hydrogel gedruckt werden, wodurch das Material für massgeschneiderte Knochenimplantate verwendet werden könnte.

In ihrer Studie erzeugten die Forschenden unter anderem komplex strukturierte Hydrogels, die „wie echter Knochen aussehen und ein feines Netz von Knochenbälkchen aufweisen“, heisst es in der Mitteilung. Bei Tests im Reagenzglas zeigte sich bereits, dass knochenbildende Zellen das strukturierte Hydrogel schnell besiedeln und beginnen, Kollagen zu bilden. Es hat sich ausserdem gezeigt, dass das Material biokompatibel ist und knochenbildende Zellen nicht schädigt.

Das Material soll in Zusammenarbeit mit dem AO Forschungsinstitut Davos als nächstes in Tieren getestet werden. Ziel ist es, dass das Hydrogel in Zukunft bei der Reparatur von gebrochenen Knochen in Kliniken eingesetzt wird. ce/nta