Menü

Konzept

Abb.1: Konzept zur Rekonstruktion ausgedehnter Schädelknochen mittels 3dimensionaler Scaffolds

Als Grundlage dient das im BMBF-Projekt „Neuartiges Konzept zum Tissue Engineering von langen Röhrenknochen auf der Basis textiler Scaffolds“  entwickelte Knochenimplantat. Das hier vorgeschlagene Konzept konnte bereits im Großtiermodel Schaf am Tibiaknochen erfolgreich getestet werden.

Ein Implantat für die Auffüllung eines Schädelknochendefektes muss eine zylindrische Geometrie aufweisen mit einem Durchmesser entsprechend dem Defektdurchmesser und einer Höhe entsprechend der Dicke der Schädeldecke. Im weiteren ist eine initiale strukturelle Integrität (Primärstabilität) des textilen Gerüstes notwendig um eine Einsinken des Implantates mit möglichen Gehirnschädigungen zu verhindern ( „sinking skin flap syndrome“).

Die besonderen Herausforderungen an die Sticktechnik und das Scaffolddesign in diesem Projekt bestehen in der Gestaltung dreidimensionaler Volumenkörper mit maßgeschneiderter Porosität und der Forderung nach einer mechanischen Belastbarkeit des Implantates.

Es gibt verschiedene Möglichkeiten, mittels Sticktechnik dreidimensionale Strukturen zu generieren. Je nach Vorgehensweise kann Einfluss genommen werden auf die Porosität und Porenverteilung der Volumenkörper. Ziel des vom IPF bearbeiteten Projektteils ist dabei, zum einen Scaffoldeigenschaften wie Porosität, Porenverteilung und Primärstabilität in Abhängigkeit vom Herstellungsverfahren und anderen textilen Parametern zu charakterisieren und in Zusammenarbeit mit den Projektpartnern TU-Dresden und Fa. Catgut eine optimale Struktur für die Rekonstruktion ausgedehnter Schädelknochendefekte zu finden.

Indikation

Schädelknochendefekte können verschiedene Ursachen haben. Vergleichsweise selten sind dabei durch Unfall verursachte offenen Schädel-Hirn-Traumata. In der Regel wird eine gezielte Schädelknochenentnahme durchgeführt, die eine runde Öffnung mit definiertem Durchmesser hinterlässt (Kraniektomie). Indiziert ist eine Schädelöffnung entweder bei Operationen im Schädelinneren, z.B. bei Hirntumoren oder zur Regulierung des intrakraniellen Druckes, der u.a. nach gedeckten Schädel-Hirn-Traumata oder ischämischen Hirninfarkten durch die Bildung von intrazerebralen Hämatomen oder Ödemen kritisch ansteigen kann. 

Prinzip

Scaffolddesign

Die besondere Herausforderung liegt hier in der Gestaltung dreidimensionaler Volumenkörper. Die Sticktechnik ermöglicht eine gezielte Strukturbildung durch die Verknüpfung von Ober- und Unterfaden in einem Quasi-2D-Bereich (Steuerung nur für x-y-Achsen, z-Achse vergleichsweise klein und nicht steuerbar). In Zusammenarbeit mit der Fa. Möckel werden zwei Stickvarianten untersucht.

Abb. 2: Zunahme der Fadendichte im Scaffoldinneren beim Übereinandersticken mehrere Lagen

Design mit Dichtegradient

Es können innerhalb eines Stickprozesses mehrere Lagen, getrennt jeweils durch eine Schicht Stickgrund als Platzhalter, übereinander gestickt werden. In der ersten (Mittel-) Lage vervielfacht sich dabei die Fadenmenge, da mit jeder neuen Schicht die selbe Anzahl an Stiche eingetragen wird. Es entsteht ein Gradient in der Fadendichte (Abb. 2)

Abb. 3: Gleichmäßige Porenverteilung durch Übereinanderstapeln mehrer Einzellagen.

Design mit gleichmäßiger Porenverteilung

Um eine gleichmäßige Dichteverteilung zu erhalten, müssen die Lagen einzeln gestickt werden und anschließend in einem weiteren Prozessschritt verriegelt werden. Hierzu werden die Lagen übereinandergelegt und in einer sternförmigen Stichanordnung miteinander verbunden (Abb. 3)

Abb. 4: Charakterisierung von Porengröße und Porenverteilung mittels computergestützter Bildanalyse. Schema der Vorgehensweise zur Visualisierung der dreidimensionalen Volumenkörper

Charakterisierung

Die Charakterisierung von Volumenanteil und Porenverteilung geschieht mittels computergestützte Bildanalyse. Die Visualisierung der Scaffoldstrukturen erfolgt nach dem in Abbildung 4 aufgeführten Schema.

Abb. 5.: Ansicht des Volumenkörpers beim Schnitt durch verschiedene Achsen

Eine dreidimensionaler Darstellung des textilen Volumenkörpers wird auf diese Weise möglich (Abb. 5).