Molybdän als Knochenersatzmaterial

Im Rahmen des Projekts MOLY-Impact soll die Verwendung des Metalls Molybdän als Knochenersatzmaterial in der Mund-, Kiefer- und Gesichtschirurgie. Die Carl-Zeiss-Stiftung fördert das Projekt mit einer Million Euro.

Knochensubstanzverlust oder knöcherne Defekte – sei es infolge von Osteoporose, Unfällen oder anderen Ursachen – stellen bis heute eine therapeutische Herausforderung dar. Bestehende Methoden zur Wiederherstellung der Knochensubstanz haben nur begrenztes Potenzial zur Regeneration des Knochens und sind daher klinisch eingeschränkt verwendbar. Bei großen Defekten sind oft Implantate erforderlich, beispielsweise aus Titan, die entweder dauerhaft im Körper verbleiben oder in einer zweiten Operation entfernt werden müssen. Beide Optionen belasten die Patientinnen und Patienten erheblich.

Um eine innovative Lösung für die Mund-, Kiefer- und Gesichtschirurgie zu entwickeln, arbeiten Prof. Peter Quadbeck vom Peter-Osypka-Institut für Medizintechnik der Hochschule Offenburg, Prof. Thomas Seifert, Prof. Fabian Eber und Prof. Dirk Velten von der Fakultät Maschinenbau und Verfahrenstechnik sowie Prof.in Katja Nelson vom Universitätsklinikum Freiburg gemeinsam mit Industrie- und Medizinpartnern an einem neuartigen Implantat. Dieses soll das Knochenwachstum optimal unterstützen und sich selbstständig auflösen.

Als Knochenersatzmaterial setzen die Forschenden auf Molybdän, ein Metall mit einem Schmelzpunkt von 2623 °C, das bisher vor allem in Hochtemperaturanwendungen genutzt wird. Molybdän zeichnet sich durch hohe Festigkeit, günstige mechanische Eigenschaften und eine positive Biokompatibilität ohne kritische Gewebereaktionen aus. Gleichzeitig löst es sich unter physiologischen Bedingungen gleichmäßig auf und wird über die Nieren ausgeschieden. „All diese Eigenschaften sind insbesondere für patientenindividuelle Implantate im Schädelbereich von großer Bedeutung“, erläutert der Projektleiter Quadbeck.

Im Rahmen des Projekts MOLY-IMPACT, das vom 1. Januar 2025 bis 31. Dezember 2027 läuft, werden die Implantate additiv gefertigt. Dabei wird pulverförmiges Molybdän mit einem flüssigen Bindemittel in einem 3-D-Drucker im Binder-Jetting-Verfahren zu einem porösen Gittergerüst geformt und anschließend gesintert. In den Zwischenräumen dieses Gerüsts können sich nach der Implantation Zellen ansiedeln, sodass neuer Knochen nachwachsen kann, während sich das Metall sukzessive auflöst.

Die Projektpartnerinnen und -partner bringen ihre jeweiligen Fachkompetenzen gezielt ein: Peter Quadbeck, der sich seit 2017 mit Molybdän in der Medizintechnik beschäftigt und 2020 erste Publikationen dazu veröffentlicht hat, untersucht die Korrosionsmechanismen. Thomas Seifert simuliert die Zusammenhänge zwischen Korrosionseigenschaften und mechanischer Festigkeit. Eber erforscht die biologische Wirkung der Implantate auf Zellen sowie genetische Reaktionen. Velten entwickelt Oberflächenmodifikationen, einschließlich einer potenziellen Medikamentenbeschichtung. Nelson am Universitätsklinikum Freiburg verantwortet die medizinischen Tests. Zahlreiche Industriepartner, von Molybdän-Herstellern bis zu Medizintechnikunternehmen, begleiten die gesamte Prozesskette.

MOLY-IMPACT wird von der Carl-Zeiss-Stiftung im Rahmen des Programms CZS-Transfer mit 1,2 Millionen Euro gefördert. Es ist eines von vier neuen Projekten, in denen Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler innovative medizinische Oberflächen erforschen. „Unser Ziel ist es, alle relevanten Grundlagen für patientenindividuelle, resorbierbare Knochenersatzimplantate aus Molybdän zu schaffen, sodass sie in der Praxis eingesetzt werden können“, fasst das Forschungsteam zusammen. Damit soll die Behandlung von Knochensubstanzverlust im Schädelbereich nachhaltig verbessert werden.