Verbundprojekt: RUBIN reACT - Erforschung konduktiv stimulativer Osteosyntheseimplantate für kritische Knochendefekte; Teilvorhaben 3.3: Auslegung, Design und Entwicklung resorbierbarer Implantate auf Zinkbasis mittels Laser Powder Bed Fusion

Abstract

Ein wesentliches Ergebnis dieses Projekts ist die Entwicklung eines digitalen Design-Workflows zur Erstellung patientenindividueller Prototypen. Zunächst werden verschiedene Anwendungen evaluiert (Osteochondrale Plugs, Critical Sized Bone Defect, Wirbelcage und orofaziale Implantate). Der Fokus liegt auf zwei Funktionsmustern: einem Wirbelcage und einem Critical-Bone-Defect. Für den Wirbelcage wird ein 3D-Scan einer vorhandenen Titan-Geometrie erstellt, um eine parametrische Gitterstruktur zu implementieren, die das Knochenwachstum durch unterschiedliche Porengrößen anregen soll. Diese Gitterstrukturen werden in Zusammenarbeit mit Projektpartnern modifiziert, um mechanische Stabilität zu bieten und das Einwachsverhalten zu fördern. Die Konstruktion von Critical Sized Bone Defect In-Vivo-Prototypen basiert auf dem entwickelten Design-Workflow (AP1.02). Ein Marknagel wird als Lösung zur Lastübertragung bei kritischen Knochendefekten identifiziert. In Kadaver-Versuchen werden Passgenauigkeit und Handhabung der Prototypen untersucht; erste Ergebnisse zeigen, dass die Implantate in das Modell integriert werden können und vielversprechende Funktionalität aufweisen. Im weiteren Verlauf wird der Design-Workflow weiterentwickelt, da galvanische Korrosion zwischen Magnesium- und Zink-Legierungen nicht ausgeschlossen werden kann und somit die Ergebnisse der In-Vivo-Studie verfälschen würde. Daher wird ein erweitertes Modell entwickelt, welches die Fertigung diskret gradierter Gitterstrukturen ermöglicht und an ein weniger kritisches In-Vivo-Modell anpasst. So kann neben der Passgenauigkeit des Implantats auch die Knochendichte von Kortikalis und Spongiosa berücksichtigt werden. Durch den parametrischen Aufbau des Design-Workflows sind diese Anpassungen zeiteffizient möglich.