Evonik Helfer auf Zeit: bioabbaubare Composites vor der nächsten Evolutionsstufe

Schrauben, Stifte und kleine Platten. Das alles gibt es schon aus bioabbaubaren Materialien. Doch für Anwendungen bei großen, tragenden Knochen fehlt es derzeit noch an Materialfestigkeit. Forscher von Evonik stehen kurz davor, das zu ändern. Langfristig sollen sogar bioabbaubare 3D-Druck-Implantate und echte biologische Implantate herstellbar sein.

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Evonik forscht an bioabbaubaren Composite-Materialien, die künftig Implantate aus Metall bei Knochenbrüchen ersetzen können. Die Implantate dienen der Fixierung der Knochen bis zur Heilung des Bruchs. Während Implantate aus Metall normalerweise im Körper verbleiben oder in einer weiteren Operation entfernt werden müssen, arbeiten die neuen Composite-Materialien von Evonik als Helfer auf Zeit. Sie bestehen aus Polymeren, die der Körper selbst abbauen kann, und Substanzen, die natürlicherweise im Knochen vorkommen.

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Forschung für die regenerative Medizin

Auch wenn die Forscher von Evonik mit ihren Arbeiten an den bioabbaubaren Composites noch ganz am Anfang stehen, die Vorteile für Patienten sind klar: keine weitere Operation zur Entfernung des Implantats und eine natürliche Regeneration der Knochen.

Das Projekt ist eines der Forschungsvorhaben des Projekthauses Medical Devices in Birmingham (Alabama, USA). Dort arbeiten über 20 Evonik-Forscher derzeit an Materialien und Lösungen für die Medizintechnik. Ziel sind vor allem Anwendungen in der Implantattechnologie. Die Vision der Forscher formuliert Dr. Andreas Karau, Leiter des Projekthauses: „Langfristig haben wir die regenerative Medizin im Blick: Wir wollen Bioimplantate schaffen, um geschädigtes Gewebe im Körper durch gesundes ersetzen zu können. Unsere aktuellen Arbeiten an den bioabbaubaren

Composites sind hierfür ein erster Schritt.“

„Durch unsere führende Position im Bereich der Polymere auf Polymilchsäurebasis haben wir eine exzellente Ausgangsposition, geeignete Materialien und Lösungen für eine regenerative Medizin zu entwickeln“, erklärt Karau. Die Polymere werden im Körper komplett zu Kohlendioxid und Wasser abgebaut. Die Abbauzeit lässt sich durch Zusammensetzung, Kettenlänge und Kristallisationsgrad des Polymers gezielt steuern. Sie kann zwischen wenigen Wochen und etlichen Monaten betragen – Zeit genug für Knochen oder andere Gewebe, sich zu regenerieren.

Produktion bioabbaubarer Schrauben, Stifte und kleiner Platten

Medizinproduktehersteller verwenden die Polymere, die Evonik im Geschäftsgebiet Health Care unter dem Namen Resomer vermarktet, heute bereits zur Produktion von bioabbaubaren Schrauben, Stiften und kleinen Platten. Damit werden vor allem gerissene Bänder im Knie- oder Schultergelenk fixiert und vereinzelt auch Brüche kleinerer Knochen in Fingern oder im Gesichtsschädel versorgt.

Anorganische Substanzen verstärken bioabbaubare Polymere

„Für die Anwendung bei großen, tragenden Knochen fehlt es den derzeit verfügbaren Materialien allerdings noch an Festigkeit“, erläutert Karau. Die Forscher im Projekthaus Medical Devices beschäftigen sich deshalb mit Composite-Materialien, bei denen die bioabbaubaren Polymere durch anorganische Substanzen wie zum Beispiel Derivate von Calciumphosphat verstärkt werden. Diese sollen die Materialien nicht nur härter machen, sondern auch ihre Biokompatibilität verbessern. „Calcium und Phosphat können beim allmählichen Abbau des Polymers zur Bildung von Knochenmaterial verwendet werden“, beschreibt Karau die Idee.

Doch die Überlegungen der Forscher gehen noch weiter: Auf der Basis geeigneter Materialien wäre es sogar möglich, patientenspezifische Implantate, das heißt maßgeschneiderte Knochenstücke, im 3D-Druck herzustellen. Die Evonik-Wissenschaftler in Birmingham haben sich vorgenommen, die bioabbaubaren Polymere für derartige Verfahren tauglich zu machen.

In Projekthäusern entstehen echte biologische Implantate

„Langfristig denken wir auch daran, Polymermatrizes zu schaffen, die mit lebenden Zellen besiedelt werden können, also echte biologische Implantate“, so Karau. Damit ließen sich dann etwa Knorpelgewebe erneuern oder geschädigte Herzmuskelzellen durch gesunde ersetzen. Aber vorher müsse vor allem die Biokompatibilität der Materialien verbessert werden.

Die Wissenschaftler in Birmingham, die zur Creavis, der strategischen Innovationseinheit von Evonik, gehören, arbeiten eng mit den Polymer-Spezialisten aus den Geschäftsgebieten Health Care und High Performance Polymers zusammen. Im Fokus des Projekthausteams stehen neben bioabbaubaren Materialien auch biokompatible Kunststoffe der Produktlinie Vestakeep Implant.

In sogenannten Projekthäusern bearbeitet Creavis in der Regel drei Jahre lang jeweils ein Themenfeld gemeinsam mit mehreren Geschäftsgebieten. Nach Ablauf der Zeit kehren die Forscher in ihre Geschäftsgebiete zurück. Die in den Projekthäusern entwickelten Produkte und Technologien werden typischerweise durch ein Geschäftsgebiet vermarktet. Evonik hat seit dem Jahr 2000 insgesamt elf Projekthäuser ins Leben gerufen.

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